高層剪力墻結構設計中軟弱層的控制方法

余明揚

(泉州市住宅建筑設計院，福建 泉州 362000)

0 前 言

為進一步提升現代高層建筑設計的安全性，設計人員必須根據用戶的需求與市場環境的變化調整結構體系，推出更為簡單、直觀、建造難度較低的結構設計方案，革新剪力墻框架結構體系，拓展框架的設計路徑與構造空間，適當地提升剪力墻結構的剛度，避免高層建筑中位于較高層數的樓層在外部壓力的影響下發生位移，防止造成建筑物不穩定的軟弱層出現，顯著強化建筑物的防震性能與結構穩定性。設計者應當立足于具體情況，為剪力墻結構選擇適當的位置與尺寸，讓高層建筑中不同樓層的側向剛度保持完全一致，以此均勻分配建筑物的橫向壓力與側向壓力，全面提升建筑內部框架結構的荷載能力，避免建筑物因受力不均勻而發生程度不一的形變。

1 高層建筑中剪力墻結構的基本特性

剪力墻結構是我國高層建筑中常見的內部建筑結構之一，設計者應當根據建筑本身的基本特性與構造，選擇正確的剪力墻設計方法，緩解樓層所承受的壓力與形變負擔，統一剪力墻結構的尺寸與大小，保證建筑的質量符合行業主流的規定，在擴充剪力墻尺寸大小的同時縮減其厚度，強化剪力墻結構的荷載能力與結構穩定性，同時避免此類結構因厚度過大而占據較大的建筑內部空間。設計人員必須把握剪力墻的受力關系，提出能夠幫助墻體緩解橫向與豎向壓力的設計方案，認識到墻體結構所承載的結構性負擔，降低墻體的受力水平，控制造成剪力墻結構內部結構剛度發生變化的環境因素，控制結構的自振周期，合理應用高層次的建筑技術[1]。

高層建筑的設計者必須根據具體的建筑質量要求，調整建筑內外墻的設計方式，讓高層建筑不同樓層的主梁與承重墻構成較為完善的平面結構框架，控制框架體系的布置方向，通過設計水平荷載較大的建筑結構，調節側向剛度。此類建筑結構所占用的空間較為狹小，墻體結構之間的間距較大，導致建筑的平面設計方式受到了一定的限制[2]。

2 剪力墻結構設計的基本要點分析

2.1 控制剪力墻的厚度，節省建筑內部空間

剪力墻的結構設計方式與高層建筑的穩定性息息相關，為了滿足基本的設計質量要求，必須基于穩定性原則設計建造方案，控制墻體的厚度，在墻體的整體厚度超過固定標準時，設計人員可在墻體端部設計多個連接點，并使用經過強化的鋼筋插入此類連接點，以此全面提升墻體的穩定性與抗偏移能力，滿足基本的墻體厚度、剛度、承載能力的要求，讓受到過大壓力的墻體在鋼筋的支撐下保持結構穩定性，避免因各類自然災害影響發生墻體龜裂或結構性位移、形變問題。工程建造人員在設計剪力墻結構的各項基本屬性時，必須結合實際情況做出正確的分析與預判，基于建筑的層數與基本構造調整剪力墻的厚度，對設計方案做出一定的調整，選擇可強化結構荷載能力、分散應力的正確支撐點，設計人員通常在剪力墻與樓板、門框的交界處設置多個支撐點，保證高層建筑的強度能夠達到計劃中的抗震能力標準，主動使用多種能夠起到加固作用的工程材料，強化建筑底部剪力墻結構的墻體厚度[3]。

2.2 調節結構布局，豐富建筑使用功能

設計人員必須明確認識到高層建筑物的基本功能，結合建筑物的主要使用方式與住戶的個人需求，調整剪力墻的設計方案，推出富有新意的設計計劃，主動將剪力墻結構布置于建筑物內部結構性壓力較大的位置，如走廊的轉角部位、懸空的獨立陽臺等，降低不同樓層所承載的結構性應力，保證剪力墻能夠融入建筑的內部結構之中，使之維持雙向均勻、對稱統一的形態，降低剪力墻結構之間的空間距離，讓建筑平面的重心保持穩定狀態，保證剪力墻發揮空間隔離效果，突出內在建筑結構的可調整性與合理性，在剪力墻的內部交接位置設計多個橫向的構件，強化建筑樓層在平面邊緣位置的荷載能力與穩定性，滿足設計計劃中的剛度要求[4]。

2.3 找出結構內部的主要受力點

設計者必須根據建筑結構內部水平力與豎向力的客觀作用機制，調節剪力墻的延性設計，讓建筑結構具備較強的結構緊密性與延展性，避免因墻體剛性過大而造成結構形變，分析建筑結構所承載的內部應力的具體來源，把握剪力墻建造的基本原則，避免建筑內部的壓力集中作用于某一樓層中的剪力墻結構上，而是應當推出全新的截面設計，將剪力墻設置在建筑內部結構的主要受力點附近，突出剪力墻結構的分散性與均衡性，防止因樓層平面面積過大導致應力分散、加劇結構的形變速度[5]。

3 提升結構強度、避免出現軟弱層的正確設計方法

3.1 控制主梁剛度，拓展連梁的截面面積

為了全面強化高層建筑的結構強度，使之滿足新時代建筑建造活動的基本要求，工作人員必須根據現代建筑行業的主流質量標準，對剪力墻結構的軸壓比進行調整，控制建筑結構在橫向張力的影響下所產生的形變的具體幅度，降低剪力墻結構中發揮支撐作用的鋼筋的數量，讓高層建筑在地震等自然災害的影響下保持穩定，強化建筑內部結構的受力性能，拓展剪力墻主梁與連梁的截面面積，工作人員必須基于材料力學的基本原理，把握剪力墻的橫向荷載作用路徑，精確計算剪力墻在外界壓力影響下所發生的形變與位移的方向，研究在承載較大的結構應力的情況下剪力墻的變形幅度大小。工作人員必須意識到剪力墻結構中連梁的基本特性，通過多種輔助性設計強化墻體的剛度，使之發揮在極端情況下分散建筑內部結構荷載的基本作用，讓內力從可控制的渠道發散到不同的樓層之中，通過強化連梁的承載能力，可使之達到既定的設計要求，避免產生意外的墻體受損或主梁彎曲等問題，適當地提升連梁的高度，以此提升其抗剪能力。

3.2 把握設計要點，強化建筑的抗震能力

為了提升建筑結構的抗壓能力，保證高層建筑不同樓層所承載的結構應力與壓力處于同一層級，設計人員應當根據實際情況，重點強化建筑底部結構的承載能力與穩定性，控制建筑在極端的水平位移狀態的力矩，適當地提升剪力墻的剪力設計值，增加截面的厚度，縮小剪力墻結構所占用的建筑物內部空間，將剪力墻墻體的截面厚度控制在2～3 cm，提升剪力墻的穩定性，在較大的范圍內強化剪力墻的荷載能力，提升建筑物的抗震能力，做出連接剪力墻豎向平面與橫向平面的有效設計方案，縮小墻軸與建筑物重心的距離，保障上下建筑樓層在應力分散結構層面的一致性，形成強度較高、切入點較為明顯的抗側力，保證建筑物的主體結構的完整性，限制樓層之間位移運動的范圍與幅度大小。

3.3 安裝剪力墻構件，提升結構穩定性

設計人員應當根據具體的建筑質量要求，調整不同樓層中剪力墻結構的數量與具體的長度，強化建筑物內部結構的剛度，在提升結構層數的同時，分散不同樓層所承受的豎向荷載，添加更多的剪力墻構件，控制承受不同等級壓力的剪力墻結構的軸壓比，剪力墻結構越復雜，其所承受的水平橫向荷載就越大，為了滿足主流的軸壓比需求，工作人員必須在剪力墻結構中添加能夠分散壓力、緩沖水平地震作用的大型構件，避免軟弱層的產生與擴張。例如在遭遇強度較大的水平應力的作用時，剪力墻構件能夠承受較大的重力荷載，防止剪力墻結構底端的部分受到過大的壓力而發生形變或因混凝土結構分裂而發生塌陷。工作人員應當按照行業內部的規范要求，嚴格控制剪力墻構件的配置方式，選擇正確的安裝地點。

設計人員必須保證建筑內部所安裝的剪力墻構件能夠發揮應有的作用，分析剪力墻結構在彈性形變活動中所承受的壓力與水平應力，并以此為依據調整結構構件的強度與荷載能力，做好內力分析工作，控制不同樓層之間位移角的大小，讓剪力墻結構中的整體框架保持穩定狀態。工作人員可借助高性能的計算機設備，分析、計算結構自振周期，并以此為依據調整剪力墻的布置方式，選擇正確路徑添加具備較強荷載能力的構件，提升剪力墻布置的合理性。

4 結 論

現代高層建筑設計應當保證滿足不同樓層側向剛度一致的基本設計要求，全面強化剪力墻結構的荷載能力，防止容易造成結構性形變或墻體受壓開裂的軟弱層出現，讓建筑工程達到行業主流的質量標準，使用正確的處理方法與加固方法，對不同樓層所承受的結構性壓力進行調整，以此提升建筑工程的質量，保證承建單位能夠獲得良好的經濟效益與社會效益，使處于較高樓層的剪力墻結構能夠克服造成水平位移與橫向偏移的自然災害的影響，如風災、地震等，降低次生災害的發生概率，嚴格控制高層建筑地基變形或因受壓過大而發生龜裂的問題。

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