超高層剪力墻結構的設計與動力性能研究

李鐵燦

（湖南寶信建筑設計平臺股份有限公司，湖南 長沙 410000）

1 超高層工程概況

本文選擇廣州某處超高層建筑住宅，作為剪力墻結構設計以及動力性能的研究對象，該住宅樓為塔樓結構，總建筑面積約為2.5W平方米，樓體總高度為137米。該住宅建筑結構地上層數41，地下層數2，從建筑要素的不規則性來看，屬于B級高度下的超高層建筑，因此其在建設中，需要保持絕對完整的動力性能審查機制，保障抗震能力符合國家建筑建設要求。圖1為該建筑住宅外觀示意圖。

從設計立項中來看，該樓體為豎向體型，設計使用年限可達50年；從動力性能角度來看，其防震類別為丙、烈度為7，基本能夠承受的地震加速度為0.10g。該超高層的建筑使用渠道為住宅，因此其場地類別是三類、地震分組是第一組，能在前期設計中便將該建筑的結構規劃指標確定，可更好落實建設目的，提高超高層建筑住宅質量。

2 剪力墻的結構布置設計

塔樓的建筑形式，是實現超高層建筑規模的一大保障，塔樓從建筑結構到空間規劃，都較為緊密，體現出建筑的緊湊之美。該超高層建筑工程中選用的是將鋼筋混凝土材料作為其剪力墻建設中的主要結構體系，鋼筋與混凝土相結合，能在建筑施工中保持絕對意義上的建筑穩定性，幫助前期建筑結構快速成型。該超高層建筑首層設計為架空層體，其余標準層為實體構筑物，標準層平面為T形，其長寬比例為7.74，從結構數據上來看，該建筑相對穩定，能在遇震時保持較平穩狀態?，F澆混凝土是該項目工程中選擇使用的雙向板施工體系，板材厚度為10厘米，特殊的局部位置做以加厚處理，建筑剪力墻結構能夠很好將建筑受到的外力影響分擔到每一個部位中，墻體厚度從35厘米逐漸減小到20厘米，確保每層樓體間都可以受到相同的動力作用。

3 剪力墻的動力性能研究

3.1 荷載計算研究

該超高層建筑設計的剪力墻結構需經過相關動力性能測試，才可進行下一步施工步驟，而首要進行的便是荷載計算測試。超高層建筑樓層較多，其樓面、屋面的活荷載數值測量，需要符合相關規范規定，才可進行標準值的取值，判斷標準值各項示數為：風壓0.50KN/m2，風荷載體型系數1.4，地面粗糙程度C類［1］。

在建筑現場進行地震安全性檢測，該高層建筑的各項數值體現為：小震作用下地震影響系數最大值為0.087，特征周期為0.45，設計地震反應譜下降段的衰減指數γ為0.9。

因此根據《高層建筑混凝土結構技術規程》第4.3.8條計算可知，小震下該項目的各樓層地震反應力及基底剪力安評反應譜計算結果均大于規范反應譜，故偏于安全地對本工程采用安評反應譜進行小震作用下的抗震設計。該高層建筑具備較高荷載能力，且符合國家建設要求。

3.2 抗震性能目標

該超高層建筑在動力性能指標上有確切目標，即為提高結構抗震性能，通過國家建筑設計規范準則的測定，達到相關標準。針對該項目工程的實際建設特點和相應的超限情況，最終選擇C級目標作為抗震性能展現，另外需要做好在多發地震的作用下，將建筑剪力墻各結構構件保持彈性，提高建筑的抗震能力。

抗震性能的目標實現，離不開建筑剪力墻結構設計因素，在一定設計方案的落實中，需要從設計到施工等各項階段，嚴格按照抗震設計規范下的指數要求，做好各項測定數值的安全、合理性表達。比如進行小震下的層間位移控制，應將角度限值控制在1/800，以此證明建筑剪力墻結構施工中的各個構件保持相對彈性，將整體結構的抗震性能加以詮釋，切實優化超高層建筑的動力性能。

3.3 彈性計算研究

針對超高層建筑剪力墻結構進行彈性計算，應使用結構分析軟件Midasbuilding，該軟件可對小震中的結構彈性做出整體計算，并且提供校正核驗功能，能有效將結構的相關計算結果進行分析［2］。在彈性計算的結果數據中，可發現該建筑小震振型相對平穩，且周期比低于0.85，與項目規定下的技術規范數值相匹配，并且在位移數值中，可觀察到X方向、Y方向各個樓層間的水平/垂直位移變化相對較小，不對建筑穩定性造成威脅。

彈性計算數據可將測定數據與原有結構體系數據進行對比，通過變形特征的分析，能科學推斷出建筑遇震后的穩定性保持，另外也可側面顯示出剪力墻結構的剛度變化，具體體現為結構層間的位移角度符合規范數值，并在不同方向下的位移數值較為接近，由此判斷出該建筑的動力性能較為優異。

4 結語

綜上，超高層建筑能改善現代城市居民的居住環境，增加居住面積，但其在設計、施工中需要將動力性能指標做以充分保證，通過荷載計算研究，能對各樓層所承受荷載力數值做以展示；彈性計算研究，能將基底剪力和彎矩數值控制在合理范圍內。最終通過剪力墻結構設計上的抗震性能優化措施，將設計立項中的抗震性能目標達成。