建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題思考

盧娟

摘 要 剪力墻結(jié)構(gòu)不僅有很強(qiáng)的剛度，在水平荷載作用下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形，整體性較好。在高層建筑工程中普遍采用，其優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)建筑工程技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)效益等有著重要的意義。剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情況，與各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)配合，滿足各方功能要求等諸多要素，經(jīng)反復(fù)推敲比較，完成一個(gè)安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置方案。

關(guān)鍵詞 高層建筑;剪力墻結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

城市人口的不斷遞增，高層建筑已儼然成為城市建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)，剪力墻結(jié)構(gòu)因其橫向剛度大，豎向和水平承載力能力大而被廣泛應(yīng)用。其優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)建筑工程的抗震性和經(jīng)濟(jì)性有重要的意義。大部分項(xiàng)目都存在優(yōu)化設(shè)計(jì)空間，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，提高結(jié)構(gòu)性能，使其更加經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)降低工程造價(jià)，滿足業(yè)主方要求。優(yōu)化后間接縮短了施工工期，節(jié)約有效資源，保護(hù)自然環(huán)境。

1剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，優(yōu)化的措施是合理的布置墻體，優(yōu)化的目的是產(chǎn)生較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是設(shè)計(jì)人員應(yīng)在方案階段就要介入，對(duì)建筑方案在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方面進(jìn)行合理判斷，加強(qiáng)與建筑師以及業(yè)主溝通，結(jié)合地區(qū)、場(chǎng)地條件等信息，使建筑方案在最大程度上滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，同時(shí)滿足建筑的各項(xiàng)使用功能和業(yè)主的要求。剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員考慮諸多設(shè)計(jì)要素，設(shè)計(jì)人員與工程負(fù)責(zé)人應(yīng)先實(shí)地考察項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，與業(yè)主多溝通，各專(zhuān)業(yè)間互相協(xié)調(diào)配合，根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，選擇合理的設(shè)計(jì)方案確定剪力墻使用的數(shù)量、位置等，結(jié)合軟件加以計(jì)算，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行細(xì)致研究，確保結(jié)構(gòu)體系滿足抗震性、安全合理性以及經(jīng)濟(jì)性[1]。

剪力墻結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于住宅、公寓和旅館。在低層的建筑中，其在水平方向上受到的荷載內(nèi)力以及位移要相對(duì)較小，基本可以忽略不計(jì)。然而隨著建筑物不斷增高，其所承受的位移也在逐漸加大，其次彎矩對(duì)建筑的影響也在不斷增大，高層結(jié)構(gòu)不僅要承受結(jié)構(gòu)自身的重力荷載，對(duì)水平位移以及地震也必須要有較好的防御性，結(jié)構(gòu)需要保證承載能力并將側(cè)向變形控制在規(guī)范要求之內(nèi)。 剪力墻結(jié)構(gòu)由于平面外承載力和剛度相對(duì)較小，應(yīng)控制平面外的彎矩，采取相應(yīng)的措施保證平面外的穩(wěn)定性。在滿足周期比、位移比、最大層間位移角等各項(xiàng)指標(biāo)的前提下確定剪力墻的墻體布置，使剪力墻的抗側(cè)剛度得到充分的發(fā)揮，同時(shí)也考慮軸壓比、穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)造要求，讓優(yōu)化設(shè)計(jì)更加全面。

2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

目前很多項(xiàng)目方案階段僅建筑單專(zhuān)業(yè)完成，建筑師追求立面，造型等效果，加上對(duì)結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)知識(shí)欠缺，在整體的布置上會(huì)有不合理處。方案確定進(jìn)入施工圖階段，各專(zhuān)業(yè)加入，互提各方功能要求，此時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)項(xiàng)目?jī)?yōu)化調(diào)整就存在一定的局限性。不合理的結(jié)構(gòu)方案，為了達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范要求，額外增加的構(gòu)件會(huì)直接影響項(xiàng)目的工程造價(jià)。因此，結(jié)構(gòu)及設(shè)備等專(zhuān)業(yè)要將設(shè)計(jì)工作提前，方案階段積極參與，各專(zhuān)業(yè)在方案階段提出相關(guān)功能要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員將建筑物各方面的要求考慮到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置方案，使方案更合理化，也為后期施工圖的開(kāi)展提供了便利，使各項(xiàng)功能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

3.1 制定合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)適當(dāng)增加剪力墻外部剛度，相對(duì)地削弱內(nèi)部剛度;盡量使縱橫兩個(gè)方向布置剪力墻協(xié)調(diào)一致，使兩個(gè)主軸受力方向的抗側(cè)剛度接近。在豎直方向上要做到從下往上連續(xù)布置，有效避免發(fā)生剛度的突變情況。規(guī)則、簡(jiǎn)單的墻肢截面設(shè)計(jì)，可以使高層建筑的受力更加均衡，保證應(yīng)力分布的均勻和規(guī)則，從而增強(qiáng)剪力墻的整體受力抗壓能力。剪力系數(shù)的調(diào)整要以總體的剪力墻設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，減少高層建筑中剪力墻的實(shí)際布置面積，從而確保結(jié)構(gòu)在側(cè)向剛度上能夠滿足高層建筑的要求，進(jìn)而使樓層的剪力系數(shù)與規(guī)范的數(shù)值相接近，以減輕建筑剪力墻本身在結(jié)構(gòu)上的自重，從而減小高層建筑因地震而受到的損害。

3.2 進(jìn)行合理的成本控制

剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行目標(biāo)的設(shè)置。相對(duì)來(lái)說(shuō)，剪力墻的剛度越大，所需的成本就會(huì)越高，對(duì)此，設(shè)計(jì)人員需在確保剪力墻安全性的前提下，對(duì)剛度與剪力墻的數(shù)量有合理的把握，以免造成額外的成本支出。加強(qiáng)建筑材料的合理應(yīng)用、避免浪費(fèi)能夠?qū)ㄖ杀具M(jìn)行有效的控制，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)減少短肢墻與小肢墻的采用。在高層建筑的整體結(jié)構(gòu)體系中，除了必要的門(mén)窗洞以外，還需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)洞的設(shè)計(jì)，因此在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選擇長(zhǎng)墻，減少結(jié)構(gòu)洞的數(shù)量，降低建造所需的成本。

3.3 剪力墻平面布置

剪力墻基本設(shè)置原則均勻、分散、對(duì)稱(chēng)和周邊布置，同時(shí)盡量使側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，盡量避免結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角位置無(wú)豎向構(gòu)件。剪力墻布置在結(jié)構(gòu)外圈周?chē)峁┹^好的側(cè)向剛度，減小結(jié)構(gòu)的位移，同時(shí)提供較好的抗扭轉(zhuǎn)剛度。內(nèi)部剪力墻布置的原則是能減則減，盡量做到均勻布置，讓梁布置更合理，傳力簡(jiǎn)潔，內(nèi)部剪力墻太多，對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)計(jì)算不利。墻體豎向布置應(yīng)上下層連續(xù)布置，避免剛度突變，造成對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。墻的形狀要簡(jiǎn)單，優(yōu)先選用L型、T型，少用一字墻，少布短肢墻，盡量對(duì)稱(chēng)布置，要盡量保證樓層質(zhì)心和剛心基本重合。布置剪力墻過(guò)程中，要注意對(duì)地下室車(chē)道位置有無(wú)影響，盡量避免轉(zhuǎn)換。梁的設(shè)置原則為可設(shè)可不設(shè)的不設(shè)，減少梁數(shù)。

為了保證剪力墻在整體上的穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)剪力墻外平面的彎矩進(jìn)行適當(dāng)控制，在外平面同墻肢的連接時(shí)一定要對(duì)其進(jìn)行加固，以免梁端的彎矩對(duì)墻體造成不利影響。充分考慮建筑物的使用功能，對(duì)剪力墻的位置進(jìn)行合理的選擇，應(yīng)盡量選擇平面形狀較大的區(qū)域，如樓梯間、電梯間等位置。為確保剪力墻作用的發(fā)揮，注意墻體與墻體之間距離的把控。同時(shí)，應(yīng)沿著主軸的方向?qū)袅M(jìn)行針對(duì)性的設(shè)置，從而有效發(fā)揮出剪力墻的抗震效果。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著高層建筑的發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑中占有重要地位。目前裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)廣泛推行，產(chǎn)業(yè)化已成發(fā)展趨勢(shì)，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布置變得更為必要，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，在設(shè)計(jì)上必須采用科學(xué)合理的措施，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而確保建筑工程的安全合理性以及經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊現(xiàn)東.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].四川建材，2016，（02）：47-48.