高層建筑剪力墻設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

楊華寶

（山西省晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計咨詢有限公司 030013）

隨著社會的發(fā)展，城市建筑物更加注重建筑質(zhì)量和規(guī)模，我國現(xiàn)今可利用土地資源稀缺，高層建筑成為緩解問題，保障城市化發(fā)展的重要措施。高層建筑的數(shù)量與高度受高層建筑的承重影響，其中剪力墻設(shè)計承擔(dān)著主要作用。高層建筑剪力墻設(shè)計不僅能夠有效減少鋼材的需求，降低相應(yīng)工程資金成本，并且剪力墻的性能和效果也相對于傳統(tǒng)承重設(shè)計有一定優(yōu)勢，其強度和韌性對諸多情況下的重力荷載都有較高的限度。在高層建筑中合理應(yīng)用剪力墻設(shè)計，能夠保證建筑內(nèi)部的承重墻受力不會過大，保證建筑物質(zhì)量安全，保障內(nèi)部空間使用性，特殊區(qū)域使用剪力墻還能夠結(jié)合室內(nèi)設(shè)計，有一定美觀效果。

1 高層建筑剪力墻設(shè)計優(yōu)化分析

1.1 剪力墻規(guī)格數(shù)值分析

從高層建筑的承重設(shè)計方面來看，剪力墻的規(guī)格質(zhì)量是決定其適用性的重要標(biāo)準(zhǔn)，不同建筑內(nèi)部的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計都需要結(jié)合建筑物本身進(jìn)行計算，既要保證最大層間位移以及寬高比的基礎(chǔ)上，確認(rèn)最小剪力系數(shù)，又要確保剪力墻能夠與建筑物本身完美貼合。一般來說，在剪力墻的規(guī)格參數(shù)的具體設(shè)計需要考慮地震作用等其他橫、豎向力的不良影響，因此需要對層高、層間位移以及最大水平 位移樓層的平均值都要確定好范圍數(shù)值。

1.2 最小剪力系數(shù)

為了保障樓層安全，剪力墻能夠有效克服受地震等情況引起的水平荷載以及重力豎向荷載帶來的墻體和建筑結(jié)構(gòu)破壞。因此，剪力墻的設(shè)置數(shù)量一般來說取決于空間布局和室內(nèi)結(jié)構(gòu)。如果空間范圍較大，要合理控制橫向剛度，調(diào)整最小剪力系數(shù)。要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的測量和計算，來確認(rèn)剪力墻設(shè)計符合規(guī)范，對其結(jié)構(gòu)的布置和重量問題，要適當(dāng)調(diào)整設(shè)計，減輕橫向與豎向的荷載作用。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點

剪力墻的結(jié)構(gòu)本身是通過橫向與豎向的雙重受力作用組成的空間結(jié)構(gòu)，剪力墻的剛度與強度本身能夠與地震等事故引起的惡性破壞力有一定程度上的抵消，剪力墻的抗風(fēng)、抗震性能較好，在高層建筑中，能夠有效滿足其室內(nèi)空間的使用功能和實用功能，保證室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。還要聯(lián)系高層建筑的水平面，合理利用間隔墻面來安放相關(guān)豎向構(gòu)件，防止與室內(nèi)功能發(fā)生沖突。通過抗側(cè)力進(jìn)行調(diào)整剛度中心，布置靈活，設(shè)計方案適用性高，并且部分作為連接的梁，易于隱蔽，剪力墻整個結(jié)構(gòu)顯得較為緊湊，提供建筑內(nèi)部室內(nèi)空間的美觀[1]。

2 高層建筑剪力墻設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

高層建筑的剪力墻的設(shè)計方案一般要根據(jù)高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行布置，一般來說，多用于沿主軸進(jìn)行雙向布置，區(qū)域較大的空間可以使用多向布置，在布置剪力墻的過程中，要注重墻體與墻體本身的連接，一般以工字型、T 字和L字為常用結(jié)構(gòu)，幫助構(gòu)建強固的空間結(jié)構(gòu)。剪力墻最重要的作用就是防震，在高層建筑的應(yīng)用中，合理保障剪力墻的空間性能[2]。

2.1 合理配置剪力墻暗柱鋼筋

高層建筑剪力墻的設(shè)計人員在規(guī)劃具體方案時，對于不同等級的剪力墻都需要與之對應(yīng)的梁柱，通過設(shè)置相應(yīng)的暗柱和端柱，能夠有效增強剪力墻的抗震和受力，并且提升其邊緣的延展性，能夠防止一定范圍內(nèi)的拉伸損壞，保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2 合理的布置剪力墻結(jié)構(gòu)

設(shè)計人員在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，要依據(jù)科學(xué)合理的方式完成剪力墻結(jié)構(gòu)承載力提升的工作，尤其是提升剪力墻水平方面的承載力。首先需要優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的計算方式。比如，存在數(shù)量比較多的填充墻，就需要將參數(shù)范圍控制在0.9-1.0，如果填充墻的數(shù)量不足，則需要確保參數(shù)設(shè)置為1.0，通常來說，填充墻與剪力墻墻體的剛度和強度有關(guān)，剛度越大，則對填充墻的作用力越小。如果選擇短肢剪力墻，則需要考慮到短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能不足，在高層建筑中的應(yīng)用需要增加提升穩(wěn)定性的防護措施。在方案設(shè)計時，不但要確保整體建筑結(jié)構(gòu)的實用性，還要保證實際施工時剪力墻布置的靈活性。必要情況下，可以通過調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)，讓剪力墻能夠有效支撐，減輕建筑結(jié)構(gòu)的重量。在布置剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，可能會出現(xiàn)一些獨立的小墻肢，這就需要設(shè)計人員在設(shè)計的時候做合理的開孔工作，避免剪力墻結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)單獨墻肢，增加建筑施工的難度，給施工人員帶來不便[3]。當(dāng)然，設(shè)計人員也要遵循剪力墻位移方面所限制的相關(guān)要求，在增大建筑墻肢和連接梁之間抗剪能力的同時，減少截面設(shè)計的難度。

2.3 合理控制剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)

相比于普通建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)的由于承重荷載較大，并且受層高因素影響，諸多不可抗力都會對高層建筑的安全性有一定負(fù)面影響，因此設(shè)計人員在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，對于參數(shù)的設(shè)置要注重實際，在設(shè)計過程中要進(jìn)行判斷，確定結(jié)構(gòu)位移比以及周期比，核算相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，當(dāng)剪力墻自身結(jié)構(gòu)受外界不可抗力因素影響而出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差時，也要保證差值的補足措施到位。

2.4 優(yōu)化剪力墻超筋處理方案

在部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層上一層剪力墻老是超筋的情況，而且一般都是水平筋超，也就是抗剪超。其根本原因是由于PKPM 中框支梁采用梁單元模擬，上部剪力墻采用墻元模擬，梁單元與墻單元的連接情況與實際情況不符造成的。真實情況是轉(zhuǎn)換層上一層剪力墻水平剪力比計算結(jié)果要小很多，因此PKPM 的計算結(jié)果是不太合理的。解決辦法有兩種： 采用墻元模擬框支梁，即框支柱和框支梁用剪力墻開洞的方式生成?；蚴峭ㄟ^框支梁仍然用梁單元模擬，但將轉(zhuǎn)換層分成兩層建模。上部標(biāo)準(zhǔn)層計算結(jié)果以轉(zhuǎn)換層上第二層計算結(jié)果為準(zhǔn)[4]。

2.5 優(yōu)化轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計

轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計一般情況下是根據(jù)高層建筑的樣式設(shè)計來判定的，不同部位與設(shè)計的使用功能有所差異。高層建筑底層多為商用要求大空間，上部為住宅要求多墻多柱的小空間，因此常常需要采用一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，以滿足建筑上下部結(jié)構(gòu)的不同要求。轉(zhuǎn)換層即是建筑物中進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層，它是建筑物上下層不同結(jié)構(gòu)形式相連的關(guān)鍵點，在整個建筑結(jié)構(gòu)中有著重要的作用。由于其所處位置的特殊性和重要性，轉(zhuǎn)換層施工難度較大，對施工技術(shù)要求較高，合理應(yīng)用一次性支模、荷載傳遞法支模、疊合澆筑法支模、埋設(shè)型鋼法支撐等多種技術(shù)方法有針對性地進(jìn)行對應(yīng)操作，以提升施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要重視剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)前剪力墻結(jié)果設(shè)計中依然存在一些問題，為了提高建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，就需要不斷地優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計水平有所提高。設(shè)計人員要不斷提高專業(yè)技術(shù)水平，完善剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作方案，為提高建筑工程整體質(zhì)量創(chuàng)造條件，促進(jìn)建筑行業(yè)更好地發(fā)展。