淺析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

谷凌飛

摘 要：在城市發(fā)展中，高樓大廈林立，成為重要的風(fēng)景線。為了滿足人們對(duì)建筑工程質(zhì)量和應(yīng)用功能的具體需求，在建筑結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，能夠提升建筑墻體的應(yīng)用效率以及施工質(zhì)量，滿足現(xiàn)代化建筑行業(yè)在設(shè)具體發(fā)展過(guò)程中的實(shí)際需求。剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，具有不錯(cuò)的抗震能力，同時(shí)還具有用鋼量小等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用，但是其在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在對(duì)應(yīng)問(wèn)題，因此，加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容的探討是必要的。

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

1 引言

近幾年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用受到了建筑企業(yè)的高度重視，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災(zāi)害帶來(lái)的水平荷載。

2 剪力墻的內(nèi)涵

剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中常用的一種構(gòu)件，也被稱為抗風(fēng)墻、抗震墻或結(jié)構(gòu)墻。剪力墻在建筑物中的科學(xué)應(yīng)用，主要用來(lái)承接風(fēng)荷載或當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，承載水平荷載。依據(jù)剪力墻洞口大小、數(shù)量多少、排列措施等要素，可劃分為不同類(lèi)型。一是整體墻，當(dāng)門(mén)窗洞口面積的總和小于剪力墻面積的15%，且洞口邊長(zhǎng)尺寸小于洞口之間凈距及孔洞和墻邊之間的凈距，則被稱為整體墻。二是框支剪力墻，若建筑低層對(duì)空間的需求量略大，利用框架結(jié)構(gòu)，承載上部剪力墻結(jié)構(gòu)。在地震高發(fā)區(qū)域，設(shè)計(jì)人員在制定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，不宜僅采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)。三是壁式框架，洞口尺寸偏大，連梁線剛度和墻肢線剛度相互貼近的墻體被稱為壁式框架。不同框架結(jié)構(gòu)適用于不同建筑要求，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際情況及建筑施工要求，制定適宜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以提升整體建筑工程質(zhì)量。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

3.1 雙向或多項(xiàng)布置

在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，最好采取雙向或多項(xiàng)布置，在實(shí)際布置過(guò)程中，最好順著主軸方向，若建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻的方向存在差別，應(yīng)盡量連接在一起，避免出現(xiàn)拉通或?qū)χ鼻闆r，以免對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成不良影響。在對(duì)剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量減小側(cè)向剛度，其中最為重要得一項(xiàng)內(nèi)容就是要保證墻肢結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)要依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則，完成各項(xiàng)操作。在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)人員特別注意的一項(xiàng)內(nèi)容是，在進(jìn)行雙向或多項(xiàng)設(shè)計(jì)時(shí)，各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容都應(yīng)當(dāng)沿著主軸方向進(jìn)行，特別是在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不得出現(xiàn)單方向墻體，只有這樣才能確保剪力墻在建筑工程中的結(jié)構(gòu)能夠得到應(yīng)用。

3.2 上下對(duì)齊，成列布置

在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，剪力墻的洞口以及門(mén)窗應(yīng)當(dāng)保持上下對(duì)齊，同時(shí)在布置上應(yīng)當(dāng)成列進(jìn)行，并且在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，不得對(duì)疊合的錯(cuò)墻洞進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)行這樣要求的主要原因是，避免剪力墻的承重力受到影響，導(dǎo)致墻體發(fā)生變形，影響墻體能。

4 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

以某高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例。此建筑為地上25層、地下2層的大空間商業(yè)住宅，建筑結(jié)構(gòu)采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)主體高度達(dá)到了85m，抗震設(shè)防烈度為7。在建筑底部設(shè)有加強(qiáng)區(qū)與非加強(qiáng)區(qū)，其中加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)框支架抗震等級(jí)為3級(jí)，整體剪力墻抗震等級(jí)為4，而非加強(qiáng)區(qū)內(nèi)所設(shè)剪力墻抗震等級(jí)為5。建筑項(xiàng)目所在場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，且地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為乙級(jí)別。

4.1 暗柱鋼筋配置

按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，在對(duì)一、二、三級(jí)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)置端柱與暗柱，以對(duì)地震波能量進(jìn)行消耗，保證剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗震性能。設(shè)計(jì)人員要對(duì)剪力墻邊緣構(gòu)件抗拉能力進(jìn)行合理運(yùn)用，以對(duì)建筑穩(wěn)定性進(jìn)行保證。例如本次建筑在進(jìn)行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就因?yàn)閷?duì)科學(xué)對(duì)暗柱鋼筋進(jìn)行了設(shè)計(jì)與運(yùn)用，使得建筑各方向荷載抵抗能力都得到了切實(shí)增強(qiáng)，建筑抗震能力得到了切實(shí)提升。

4.2 連梁部分設(shè)計(jì)

連梁超筋處理是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如果連梁出現(xiàn)剪切變形問(wèn)題，就會(huì)對(duì)整體建筑堅(jiān)固性與實(shí)用性產(chǎn)生直接影響，所以設(shè)計(jì)人員需要對(duì)該部分設(shè)計(jì)予以高度重視，要對(duì)連梁超筋問(wèn)題進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員一方面要明確，剪力墻最為重要的特點(diǎn)，就是具備一定的抗地震能力，所以在進(jìn)行連梁彎矩與連梁剪力設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)兩者可塑性與可調(diào)幅性進(jìn)行保證；另一方面要在條件允許情況下，降低剪力墻連梁截面高度數(shù)值。

因?yàn)檫B梁具有提升剪力墻剛度以及連接墻肢的作用，所以設(shè)計(jì)人員要做好連梁剛度調(diào)整與計(jì)算工作，要適當(dāng)對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減，以對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行保障。在對(duì)連梁折減進(jìn)行計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員要按照建筑綜合情況，做好折減值控制，一般建議應(yīng)將折減值控制在0.5以上，且應(yīng)保持在0.5～1.0的范圍之內(nèi)，以對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行保證。在實(shí)際進(jìn)行調(diào)整時(shí)，很有可能會(huì)因?yàn)楦鞣矫嬉蛩氐挠绊?，而出現(xiàn)在對(duì)連梁剛度折減也無(wú)法調(diào)整到預(yù)期目標(biāo)的情況，會(huì)造成剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，此時(shí)設(shè)計(jì)人員可通過(guò)對(duì)適當(dāng)減小連梁剛度以及降低連梁高度等方式，降低地震對(duì)于建筑物所造成的影響。

4.3 平面與結(jié)構(gòu)布置

4.3.1 平面布置

平面設(shè)置工作與剪力墻后設(shè)計(jì)規(guī)則性、承載力與剛度分布、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性等，都有著直接關(guān)聯(lián)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)很容易會(huì)出現(xiàn)承載力與剛度部分不均以及結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等方面的問(wèn)題，墻體會(huì)出現(xiàn)不同程度的彎曲與變形。所以設(shè)計(jì)人員要對(duì)該部分設(shè)計(jì)予以高度關(guān)注，要按照設(shè)計(jì)要求與剪力墻設(shè)計(jì)整體規(guī)劃，做好剪力墻平面布置工作，保證房屋結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)規(guī)則程度，確保整體布局合理性。此外還要對(duì)內(nèi)外墻體連接設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，要對(duì)墻體截面規(guī)則性進(jìn)行保證。

4.3.2 結(jié)構(gòu)布置

由于剪力墻需要對(duì)側(cè)向壓力程度進(jìn)行維持，所以需要實(shí)施連續(xù)性的豎向布置工作，要通過(guò)設(shè)計(jì)洞口的方式，完成相應(yīng)布置工作，且在進(jìn)行洞口布置時(shí)，要做好加固工作，以防出現(xiàn)墻體坍塌問(wèn)題。

在剪力墻延中軸線進(jìn)行雙向均勻分布過(guò)程中，其質(zhì)量中心與剛度中心會(huì)處于較近的距離，能夠起到對(duì)地震能量進(jìn)行適當(dāng)減小的目的，可以有效避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭曲問(wèn)題。在進(jìn)行具體格局布置過(guò)程中，要盡量避免使用“一”字型墻肢，應(yīng)加大對(duì)L型或者T型結(jié)構(gòu)的使用。因?yàn)榧袅ψ陨砭邆湟欢ㄖ亓?，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)其重量展開(kāi)合理控制，以對(duì)可用空間進(jìn)行進(jìn)一步拓展，確保結(jié)構(gòu)密度、剛度都能與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相符。此外，在進(jìn)行剪力墻上部洞口設(shè)置時(shí)，可將其成列進(jìn)行分布，以對(duì)連梁力量進(jìn)行均衡分布，確保整體設(shè)計(jì)效果可以達(dá)到最優(yōu)。

4.4 抗震能力設(shè)計(jì)

高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)抗震能力起著關(guān)鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強(qiáng)度比較大，完全可以抵制小型地震。①控制剪力墻結(jié)構(gòu)水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規(guī)定的位移限制值。②地震力的控制；當(dāng)?shù)卣鹆^小的時(shí)候，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力和結(jié)構(gòu)位移值會(huì)出現(xiàn)滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對(duì)位移、內(nèi)力、配筋進(jìn)行合理的設(shè)置才有意義，同時(shí)還要調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)底部的剪力系數(shù)，只有深入了解剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，才能全面提高高層建筑的實(shí)用性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑的應(yīng)用十分廣泛，但剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在實(shí)際設(shè)計(jì)中總是會(huì)受到許多不利因素的影響，促使剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑施工中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，所以相關(guān)工作人員要選擇一個(gè)最佳的剪力墻設(shè)計(jì)方案，在施工過(guò)程中加強(qiáng)管理力度，為提高高層建筑質(zhì)量和安全性提供了有力的保障。

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