高層建筑的剪力墻體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

劉竹青

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)單理解為：縱橫向的主要承重結(jié)構(gòu)全部為結(jié)構(gòu)墻的結(jié)構(gòu)。其作用在于促使形成一種可以準(zhǔn)確有效抵抗水平作用的相應(yīng)結(jié)構(gòu)，此外，又能夠就空間加以有效的分割。該結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土墻板來(lái)起到梁柱的作用，進(jìn)而承擔(dān)一系列荷載所帶來(lái)的內(nèi)力，恰當(dāng)?shù)木徒Y(jié)構(gòu)水平力加以控制。正是因?yàn)槿绱耍袅Y(jié)構(gòu)于當(dāng)代現(xiàn)代高層建筑中被廣泛使用。基于此，本文對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑，剪力墻體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用

隨著當(dāng)前我國(guó)城市化建設(shè)發(fā)展速度不斷加快，城市內(nèi)部的天際線在不斷上升，在我國(guó)很多地區(qū)當(dāng)中，房地產(chǎn)行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，近些年，都在以迅猛的速度發(fā)展，對(duì)于城市的象征，建筑的體量不在追求龐大的占用空間，而是尋求往更高的天空突破的可能。眾所周知，高層建筑的實(shí)際占地面積較小，并且整個(gè)建筑的使用面積較大，是現(xiàn)階段我國(guó)建筑選擇的重點(diǎn)類型。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)憑借其剛度大、抗震性較好等優(yōu)勢(shì)被廣泛利用。本文重點(diǎn)針對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行分析。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述

剪力墻結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑工程中發(fā)揮重要作用，主要是用來(lái)承載豎向和水平荷載力的墻體，隨著地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的頻發(fā)，剪力墻的優(yōu)勢(shì)也突顯出來(lái)，既可以抵抗風(fēng)荷載，又可以增強(qiáng)對(duì)地震抵抗力，從整體上提高了建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性，保證建筑在遭受外力作用的時(shí)候結(jié)構(gòu)不會(huì)受到較大破壞，確保建筑工程結(jié)構(gòu)足夠的穩(wěn)固。建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為兩類，一種是平面剪力墻，另外一種是筒體剪力墻，平面剪力墻就是在建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位用鋼筋混凝土澆筑剪力墻，這也就意味著墻體是鋼筋混凝土框架，建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性會(huì)增強(qiáng)，外力作用下不會(huì)受到過(guò)大的影響，抗倒塌的能力非常強(qiáng)大。平面剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，最好采取現(xiàn)澆剪力墻的方法，或者是通過(guò)梁和柱子一起澆筑的方法，這樣做的目的是提高剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性。筒體剪力墻被廣泛的使用在高層建筑中，在懸吊結(jié)構(gòu)中也使用的比較多，是利用間隔墻圍成的，必須采取現(xiàn)澆的方式，最終形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻，這種墻體的可以承受的水平荷載更強(qiáng)。剪力墻分為很多種，根據(jù)結(jié)構(gòu)所使用的材料可以將其分為鋼筋混凝土剪力墻、鋼板剪力墻，在這兩種剪力墻中使用最為普遍的是鋼筋混凝土剪力墻。^[1]

二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

在高層建筑相應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要有效的運(yùn)用各抗側(cè)力構(gòu)件功能，在保障安全性的前提下盡可能的降低成本投入。在運(yùn)用一系列技術(shù)指標(biāo)時(shí)，需要就其進(jìn)行限定，比如位移角，位移比等等，此外，需就具體構(gòu)件設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的限定，比如軸壓比等等。值得一提的是，滿足了規(guī)范的要求不應(yīng)該單單是確保安全性能，對(duì)于工程而言經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)也是其中的重點(diǎn)，只有在確保安全的前提下盡可能的最到經(jīng)濟(jì)才稱得上是最優(yōu)的設(shè)計(jì)。剪力墻數(shù)量需適量，而不是越多越好，倘若有其他抗側(cè)力構(gòu)件存在的話，需要在滿足其基本振型地震作用下，剪力墻部分所承擔(dān)的地震傾覆力矩要超過(guò)結(jié)構(gòu)總量的一半。而且，規(guī)范所要求的框架部分承擔(dān)的地震剪力要達(dá)到其底部總剪力的20%。倘若實(shí)際的框架部分承擔(dān)剪力未能夠達(dá)到規(guī)范要求的話，需要就框架地震剪力加以優(yōu)化與調(diào)整，進(jìn)而保障在當(dāng)剪力墻先于框架被損害之后，能夠以框架部分用以及時(shí)的抗震。

（1）樓層層間相應(yīng)的最大位移與層高二者間的比例倘若要進(jìn)行調(diào)整的話，要依據(jù)實(shí)際的規(guī)范，在具體的計(jì)算時(shí)，比上以彎曲變形為主的高層建筑外，此時(shí)也可不拋去結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，然后歸入相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)變形。

（2）倘若就樓層最小剪力系數(shù)（剪重比）進(jìn)行調(diào)整的話，這一過(guò)程需要遵循以下原則：在確保短肢剪力墻所實(shí)際承擔(dān)的第一振型底部地震傾覆力矩所占據(jù)總體的比例未大于40%的情況下，應(yīng)當(dāng)盡量做到少布置剪力墻，其中，可依據(jù)大開(kāi)間剪力墻布置模式，進(jìn)而促使結(jié)構(gòu)能夠呈現(xiàn)出較為恰當(dāng)?shù)膫?cè)向剛度，以便于樓層最小剪力系數(shù)能夠在不低于限制的情況下更加的接近規(guī)范限值。

（3）在針對(duì)連梁超限進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要滿足以下要求：其跨高比最好大于或等于2.5，倘若存在小于2.5的情況，那么便加大了出現(xiàn)剪力以及彎矩大于規(guī)范限值的概率，再加之縱筋最大配筋率會(huì)但很大程度上被減小，會(huì)就工程設(shè)計(jì)產(chǎn)生消極影響。《高規(guī)》就此方面內(nèi)容也進(jìn)行了規(guī)定：跨高比大于或等于5的連梁最好依據(jù)框架梁加以相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑中的應(yīng)用探究

（一）墻肢的平面布置

在就剪力墻墻肢進(jìn)行具體的布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照相應(yīng)的平面規(guī)則以及傳力要求來(lái)展開(kāi)，確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量，包括剛度中心可于實(shí)際位置上一致，按照具體的情況來(lái)使樓層間的位移數(shù)科學(xué)合理。具體來(lái)看，應(yīng)當(dāng)依照主軸來(lái)開(kāi)展雙向剪力墻的相應(yīng)布置，并要求就二者間的剛度加以準(zhǔn)確的分析，以此來(lái)確保其剛度差異值滿足標(biāo)準(zhǔn)范圍。在建筑實(shí)際的抗震設(shè)計(jì)階段，應(yīng)按照相關(guān)原則開(kāi)展，以防止出現(xiàn)單向墻的情況，簡(jiǎn)單而言，指得是于設(shè)計(jì)階段要實(shí)現(xiàn)雙向抗側(cè)力體系，確保剪力墻自身良好的結(jié)構(gòu)性能得以充分有效發(fā)揮。在就其加以布置時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能的確保每一剪力墻間的對(duì)照形式，倘若確定剪力墻已對(duì)齊時(shí)要完善抗水平體系，促使每一墻肢的作用與優(yōu)勢(shì)均得以發(fā)揮，基于此種形式的布置，可以在一定程度上確保每一個(gè)墻肢的價(jià)值運(yùn)用，確保結(jié)構(gòu)傳力的恰當(dāng)科學(xué)性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效與經(jīng)濟(jì)性。

（二）墻肢長(zhǎng)度與厚度設(shè)計(jì)

針對(duì)剪力墻長(zhǎng)度以及厚度的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)予以足夠的重視，這一過(guò)程是確保剪力墻力穩(wěn)定傳送的關(guān)鍵性內(nèi)容。在就其長(zhǎng)度進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)分析剪力墻結(jié)構(gòu)承載力以及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性，依次為基礎(chǔ)再就其實(shí)際的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，此外在設(shè)計(jì)過(guò)程中基礎(chǔ)上也需要考慮到建筑功能以及具體的需求，在長(zhǎng)度控制上不應(yīng)當(dāng)過(guò)長(zhǎng)，以便于過(guò)長(zhǎng)的剪力墻長(zhǎng)度導(dǎo)致剪切破壞情況，尤其是就單片剪力墻而言，倘若長(zhǎng)度未得到很好的控制，整體剛度過(guò)于大，那么其吸收水平作用會(huì)隨之出現(xiàn)增加趨勢(shì)。就大多數(shù)情況而言，剪力墻墻肢的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)控制在8m范圍之內(nèi)，每一個(gè)墻肢的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)控制在3m以上。在滿足了這些要求的前提下，倘若存在水平應(yīng)力傳輸，剪力墻能夠創(chuàng)造延性良好的彎曲破壞，可以在一定程度上避免墻體彎曲開(kāi)裂后出現(xiàn)相對(duì)較大的裂縫，進(jìn)而破壞墻體的穩(wěn)定性。

（三）墻肢的豎向布置

在這一布置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)上下對(duì)齊的原則，以避免出現(xiàn)剪力墻上下不齊從而帶來(lái)的不良影響，比如導(dǎo)致該層剛度以及承載力未滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在就剪力墻樓層加以開(kāi)洞的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照具體的設(shè)計(jì)方案來(lái)就相應(yīng)的位置加以確定。需要做到盡可能的確保上下洞口位置對(duì)齊，規(guī)范操作。除此之外，還應(yīng)當(dāng)確保傳力的明確性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)濟(jì)性。倘若是那些傳力相對(duì)復(fù)雜的剪力墻布置的話，應(yīng)當(dāng)就各方面影響因素加以有效的分析，如果條件允許可借助于其他手段，進(jìn)而來(lái)確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。^[2]

四 、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)屬于建筑中比較關(guān)鍵的一項(xiàng)結(jié)構(gòu)形式，其憑借抗側(cè)移剛度大等優(yōu)勢(shì)在建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并能夠大幅度增強(qiáng)建筑功能以及結(jié)構(gòu)的安全性。因而，科學(xué)恰當(dāng)?shù)木推溥M(jìn)行應(yīng)用，能夠有效增強(qiáng)高層建筑物的抗側(cè)剛度，而且也可以促使高層建筑物保持較強(qiáng)的抗震性能，確保其綜合質(zhì)量，適當(dāng)?shù)木推鋺?yīng)用能夠有效促進(jìn)建筑行業(yè)的穩(wěn)態(tài)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]金霄.淺談高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路與應(yīng)用[J].建材與裝飾，2018（23）：95-96.

[2]鄔新文.高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用探究[J].四川水泥，2017（11）：101.