高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析

周建國

(陽泉市規(guī)劃設(shè)計院，山西陽泉 045000)

隨著時代的發(fā)展，人們對建筑的質(zhì)量和功能的要求越來越高，剪力墻結(jié)構(gòu)正是在這種背景下應(yīng)運而生。在施工實踐中，剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，能夠很好的提高建筑抗震能力、減少鋼材使用量，同時也能夠較好的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，剪力墻的應(yīng)用越來越廣泛，但是隨著高層建筑形式的復(fù)雜化和多樣化發(fā)展，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計難度也在不斷增加。

1 剪力墻及其結(jié)構(gòu)特點

一般而言，建筑墻體結(jié)構(gòu)按照受力的特點可以分為承重墻和剪力墻兩類，承重墻主要承受的是豎向荷載，而剪力墻主要承受的是水平方向的荷載，由于具有能夠抵抗水平地震作用，剪力墻也被稱為抗震墻。

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性非常明顯。其側(cè)向剛度較大，在水平方向的荷載作用下不會有較大側(cè)移，承載力及抗側(cè)力較好，因能較好的承受豎向荷載和抵抗水平荷載而被廣泛應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中;剪力墻結(jié)構(gòu)自重較大，對于吸收地震能量而言優(yōu)勢明顯;另外，相較于梁柱結(jié)構(gòu)而言，剪力墻和樓板組成的受力體系形成的建筑空間更為寬敞，其樓蓋是不設(shè)梁的平板結(jié)構(gòu)，很大程度上使得凈高增加，建筑空間利用率提升。但是剪力墻也存在明顯的缺點。因其間距的限制，剪力墻不能形成太大的開間，如果是大空間的結(jié)構(gòu)則不適合采用剪力墻結(jié)構(gòu);剪力墻的墻體比較密，制約了建筑平面和空間的布置，不適合大空間建筑功能的需求;此外，剪力墻結(jié)構(gòu)體系造價比較高，施工技術(shù)也較為繁瑣。

2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 剪力墻連梁的設(shè)計

剪力墻的連梁是一種特殊構(gòu)件，它不同于一般的梁。首先，在結(jié)構(gòu)自重、正常荷載狀況下，以及存在風(fēng)荷載和小震的狀況下，它能起到支承、聯(lián)系構(gòu)件作用，并能承受荷載、聯(lián)系墻肢、增加剪力墻的剛度;其次，對于出現(xiàn)中型或大型震動的狀況下，可以通過自體的屈服及破壞來分散地震能量的破壞作用，是一種能耗構(gòu)件。所以對于剪力墻連梁而言，首先在正常狀況下的彈性階段，要保證承載力足夠，不會形成較大的變形及裂縫。其次，它的剛度不能過高，便于在地震這種強載荷的作用下首先形成屈服和破壞，以便耗散能量。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不是說鋼筋一定要多多益善，對于剪力墻連梁設(shè)計中這一點就非常明顯，但是為了保險起見，實際配筋時大家大都愿意將計算結(jié)果放大一些，這種思想在剪力墻連梁配筋時一定要摒棄。連梁配筋也是采用和普通梁構(gòu)造類似的縱筋和箍筋，通常情況下做正常配筋就可以。如果工程對延性要求高時，應(yīng)采用斜交叉配筋。如果連梁存在超筋，可按照以下做法處理:1)降低連梁截面高度;2)對連梁的剪力設(shè)計值進行塑性調(diào)幅;3)在計算模型中將該連梁取消，計算與該連梁相連的墻肢配筋面積，選擇兩個模型該墻肢計算結(jié)果值較大的進行配筋。剪力墻的剛度和強度必須符合設(shè)計要求，才可實現(xiàn)連梁與墻體的協(xié)調(diào)。連梁能夠起到加固連接墻肢和加強剪力墻剛度的作用。在做剪力墻結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時要對連梁所具有的剛度進行適當?shù)恼蹨p，折減值要大于0.5，取值范圍在0.6～1.0之間為佳。折減剛度后，如果出現(xiàn)斜截面受剪承載力和正截面受彎承載力降低狀況，為避免地震效應(yīng)的影響，要采用降低整體剛度、減小連梁高度的方式。針對高層建筑中大面積剪力墻的大范圍墻體應(yīng)當合理增加配筋量，特別注意建筑中的溫度變化敏感裝置和連梁位置，配筋的數(shù)量要能夠確保剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。高層剪力墻的豎向配筋，主要是適量增加剪力墻邊緣的鋼筋數(shù)量以加強墻體的抗彎承載力。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置

一般而言，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)載荷通常來自于風(fēng)載荷、豎向載荷以及水平地震力等。剪力墻結(jié)構(gòu)的布置，首先要考慮建筑功能需求，合理確定結(jié)構(gòu)軸線，做好規(guī)則的對稱布置。剪力墻布置首先要滿足建筑物空間的要求，在此基礎(chǔ)上使剪力墻均勻的布置在建筑物的平面和豎向位置，理論上滿足平面方向抗側(cè)剛度接近、豎向則剛度連續(xù)。平面的剪力墻布置方式應(yīng)該簡單易行，雙向布置，長度應(yīng)合理，如果剪力墻較長，應(yīng)采用設(shè)置連梁的方式將其劃分為均勻的墻段，墻段長度應(yīng)小于8 m，每個墻段的高度與其長度比以大于3為宜。剪力墻不應(yīng)布置的過密，以降低結(jié)構(gòu)的自重。如果墻段長度超過了8 m，應(yīng)采取以下的處理方法:1)為了保障墻體的延性，可在墻上設(shè)置結(jié)構(gòu)洞。2)為了保證在地震作用下超長墻體首先發(fā)生破壞后，周邊其他的墻體的承載力足夠大，應(yīng)在計算周邊其他墻體和暗柱配筋時把超長墻作斷開處理。豎向的剪力墻布置，應(yīng)遵循從下到上進行連續(xù)布置的方式，使門窗、洞口對齊成列，避免存在洞口寬度懸殊以及疊合錯洞現(xiàn)象。如果不能避免錯洞，則要利用有限元法進行嚴謹?shù)挠嬎?，并于洞口四周采取有效的加強措施?/p>

剪力墻結(jié)構(gòu)的布置，首先要考慮豎向構(gòu)件的布置，同時要保證結(jié)構(gòu)的對稱性要求，為避免較為嚴重的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)出現(xiàn)，應(yīng)著重做好以下方面:1)保證剪力墻結(jié)構(gòu)體系整體剛度。若是無控制性的增加剪力墻結(jié)構(gòu)剛度，盡管能夠縮短工期，同時會使地震力增大，也極大的耗費了施工材料。地震力增大的后果勢必會造成連梁超筋、墻肢部位抗剪性能下降。2)結(jié)構(gòu)中要避免獨立小墻肢的出現(xiàn)。因為獨立墻肢的出現(xiàn)會增加施工難度。結(jié)構(gòu)設(shè)計中可采用合理布置建筑剪力墻以及合并洞口的方式。對于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)要做好合理選擇。盡管短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能夠降低結(jié)構(gòu)的自重，同時極大提高結(jié)構(gòu)布置的靈活性，但對于結(jié)構(gòu)的抗震性能還是有影響的，不利于保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。3)剪力墻結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)盡量選用帶翼緣的T形和L形墻肢，并控制好肢的軸壓比，增加縱向箍筋和鋼筋的配筋率，從而增強墻肢抗震能力;為形成明顯的連梁和墻肢，墻肢在開洞時要做到上下對齊，布置要成列。4)剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要避免樓板主梁平面安置于剪力墻上，如果必須要安置的話，要在剪力墻的合理位置放置暗梁。此外，連梁作為一種耗能構(gòu)件，可能在地震情況下破壞，在作樓面梁的布置時，應(yīng)避免將樓面梁支承在連梁上。

2.3 底部加強部位設(shè)計

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對于普通的高層剪力墻結(jié)構(gòu)，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可將底部兩層高度與嵌固部位以上墻肢總高度的1/8這兩個數(shù)值中的較大值作為底部加強部位應(yīng)有的高度。如果高層建筑結(jié)構(gòu)的底部附帶有轉(zhuǎn)換層，可以根據(jù)墻肢總高度的1/8與框支層加上框支層以上2層的高度這兩個數(shù)值中，選擇較大值作為剪力墻底部加強部位應(yīng)有的高度。

2.4 重視轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

當前，高層建筑結(jié)構(gòu)越來越多樣化和復(fù)雜化，對于有些高層大樓一樓的上部和下部分別具有不同的使用功能時，就應(yīng)該通過添加相應(yīng)的轉(zhuǎn)換構(gòu)件的方式，改變結(jié)構(gòu)布置，使得上下結(jié)構(gòu)之間形成良好的銜接，設(shè)置有轉(zhuǎn)換構(gòu)件的樓層即是轉(zhuǎn)換層。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量采取輕度較高和剛度較小的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式，對于結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的薄弱部位和環(huán)節(jié)要認真分析研究，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)分配內(nèi)力特點來調(diào)整構(gòu)件配件和內(nèi)力設(shè)計，從而提高薄弱部位的整體性能。

2.5 其他應(yīng)注意的問題

對于開間比較大的客廳現(xiàn)澆板，板厚在滿足結(jié)構(gòu)要求外，也要將舒適度考慮進去，樓蓋豎向自振頻率要控制好，滿足規(guī)范要求。臥室、客廳中梁的布置要結(jié)合建筑的使用功能，保持建筑的整體美觀，同時避免壓頭梁，避免梁位于門洞上。另外，洗手間的荷載必須要將浴缸等設(shè)施的重量考慮進去。在住宅剪力墻結(jié)構(gòu)中，如果電梯四周的墻體是混凝土墻體時，值得注意的是不要提前考慮電梯呼梯盒洞口的預(yù)留。如果電梯底坑底部要使用為其他功能性的房間時，要嚴格依據(jù)電梯廠家所提供的資料要求，計算電梯底坑的沖擊荷載，看電梯底坑板的厚度能否滿足設(shè)備安裝和建筑結(jié)構(gòu)要求。地下室的頂板應(yīng)將施工荷載考慮在內(nèi)，此施工荷載可結(jié)合頂板覆土工序考慮。

［1］李 芳.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)自振周期的能量變分解［J］.山西建筑，2006，32(6):51-53.

［2］賀 楊，張永勝.高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［J］.山西建筑，2012，38(5):65-67.

［3］賀海斌，朱學(xué)文.高層剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻抗側(cè)剛度的優(yōu)化設(shè)計研究［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2011(9):89-91.