高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與剪力墻設(shè)計(jì)分析

熊君明

（深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司　廣東省　深圳市　518000）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與剪力墻設(shè)計(jì)分析

熊君明

（深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司廣東省深圳市518000）

隨著我國(guó)人口的不斷增多，我國(guó)的建筑行業(yè)也越來(lái)越呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。我國(guó)高層建筑不斷崛起，在城市中已經(jīng)占據(jù)著主要的地位。在高層建筑建設(shè)中，剪力墻的設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)方面。本文對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)分析，剪力墻各方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)提升高層建筑的建筑質(zhì)量以及建筑水平具有重要的作用。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻

進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，我國(guó)的高層建筑的數(shù)量以及規(guī)模不斷增加。高層建筑的剪力墻和低層建筑相比，建筑受力的情況更為復(fù)雜，因而在具體的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員以及施工人員都要進(jìn)行精細(xì)的設(shè)計(jì)以及周密的施工。要建成一座優(yōu)秀的高層建筑，建筑人員需要根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及剪力墻設(shè)計(jì)的具體情況進(jìn)行施工，從而真正的提升建筑的施工水平。

1　高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1軸向變形

高層建筑的屬相何在經(jīng)常處于一個(gè)很大的數(shù)值，這樣大的負(fù)載就很有可能使建筑的柱體產(chǎn)生極大的變形，進(jìn)而使梁支座的負(fù)彎矩值變得更小，跨中正的彎矩與端支座的負(fù)彎矩的數(shù)值也會(huì)隨之逐漸變大，從而對(duì)連續(xù)的梁的彎矩以及預(yù)制的構(gòu)件長(zhǎng)度造成一定的影響。因此，在進(jìn)行建筑的施工時(shí)，施工人員一定要根據(jù)建筑的軸向的變形的具體數(shù)值，對(duì)建筑的下料進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。另外，施工人員也要注意側(cè)移以及構(gòu)件的一些影響，并且要充分的考慮到建筑豎向的變形的影響，以保證建筑的質(zhì)量以及安全。

1.2結(jié)構(gòu)延性

由于高樓建筑和低一些的樓房建筑相比，結(jié)構(gòu)更為柔軟，所以如果建筑發(fā)生了地震，高層建筑物的變形也會(huì)更大。施工人員為了避免建筑的倒坍現(xiàn)象，保證建筑具有更強(qiáng)變形的能力，可以在建筑的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)延性的提升。高層建筑只有保證了足夠的結(jié)構(gòu)延性，才能真正的保證建筑的穩(wěn)定性以及安全性。

1.3側(cè)移

在高層建筑的設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是建筑設(shè)計(jì)不可忽視的因素。隨著建筑層數(shù)的逐漸增多，建筑高度的逐漸增大，建筑在水平方向的側(cè)移也會(huì)不可避免的越來(lái)越大。因此，高層建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要充分的考慮到建筑的側(cè)移因素，將之控制在一定的范圍之內(nèi)，從而保證建筑的安全與穩(wěn)定。

1.4水平荷載

在高層建筑里，建筑的水平荷載是建筑設(shè)計(jì)非常重要的一個(gè)因素。高層建筑的自重以及樓面的荷載在構(gòu)件中的彎矩以及軸力的數(shù)值和樓房的高度構(gòu)成正比，水平荷載的傾覆力矩以及豎向的構(gòu)件的軸力的數(shù)值和樓房高度二次方構(gòu)成一定的正比。在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑人員一定要根據(jù)建筑的具體情況以及建筑各要素之間的相互作用，對(duì)建筑進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，要保證相關(guān)的建筑數(shù)值要隨著建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力而有所變化，從而保障建筑在水平荷載上的承載能力以及抗震能力。

2　高層建筑的結(jié)構(gòu)分析

2.1小變形

在高層建筑進(jìn)行分析的時(shí)候，很普遍的一種方法是進(jìn)行小變形的假定。在進(jìn)行的假定的過程中，設(shè)計(jì)人員會(huì)對(duì)幾何的非線性的問題進(jìn)行研究。另外，當(dāng)建筑頂點(diǎn)的水平位移和建筑高度的比值大于五百分之一的時(shí)候，非線性的效應(yīng)就絕對(duì)不能再進(jìn)行忽視。在對(duì)高層建筑進(jìn)行施工的時(shí)候，施工人員一定要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的變形給予相應(yīng)的重視，從而保證建筑的安全，保證建筑的正常使用。

2.2剛性樓板

在很多高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員一般都是假定建筑樓板的剛度處于一個(gè)無(wú)限大的程度，而建筑平面的剛度則一般是進(jìn)行忽略。這種假定的方法可以極大的減少建筑的位移，并且簡(jiǎn)化位移的計(jì)算方法，為空間的薄壁桿的計(jì)算提供良好的條件。在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，剪力墻以及框架體系對(duì)于這種剛性樓板的假設(shè)是比較適用的，但是對(duì)于建筑的豎直方向的剛性的突變的現(xiàn)象，建筑的抗側(cè)力一般來(lái)說間距都比較大，建筑的層數(shù)也比較小，建筑的底部以及頂部的位移也會(huì)更加的明顯，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析，不能進(jìn)行盲目的假定。

2.3計(jì)算圖形

在對(duì)高層建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的時(shí)候，可以有多種計(jì)算圖形的方式，包括一維、二維以及三維的協(xié)同的計(jì)算分析等。

在對(duì)一維進(jìn)行分析的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員要對(duì)抗側(cè)力的構(gòu)件在水平位移上的變形進(jìn)行科學(xué)合理的變協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)人員可以將建筑的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成水平力的抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于剛性樓板，由于樓面的抗側(cè)力的側(cè)移一般來(lái)說都是相等的，設(shè)計(jì)人員可以構(gòu)建一維的協(xié)同分析，并且在建筑構(gòu)件轉(zhuǎn)角數(shù)值一樣的情況下，構(gòu)建最基本的方程公式。一維的計(jì)算是最常用的計(jì)算方式。

建筑的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行二維的協(xié)同分析的時(shí)候，除了要將單側(cè)的抗側(cè)力在平面上進(jìn)行分析，而且也不能忽視同層的樓面在各抗側(cè)力的變形問題。設(shè)計(jì)人員在計(jì)算時(shí)，要將縱橫兩個(gè)方向的抗側(cè)力進(jìn)行共同的計(jì)算，并且也可以引入剛性樓板自由度的概念，利用位移和外力平衡方程進(jìn)行具體的求解。

建筑設(shè)計(jì)最全面也最復(fù)雜的一種計(jì)算方法就是三維的計(jì)算方法。三維的計(jì)算方法是在二維計(jì)算的基礎(chǔ)之上，不僅要充分的考慮樓面的位移，而且不能忽視構(gòu)件抗側(cè)力平面的剛度以及扭轉(zhuǎn)的剛度，極大的完善空間的工作性能以及筒體結(jié)構(gòu)。三維的計(jì)算方法需要對(duì)單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度進(jìn)行分析，并且按照相關(guān)的理論對(duì)桿端的節(jié)點(diǎn)以及截面的翹曲進(jìn)行控制。

3　剪力墻設(shè)計(jì)分析

剪力墻是高層建筑中最為常用的一種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，它因?yàn)榫哂谐休d力比較強(qiáng)、抵抗力比較大以及用鋼量比較少等特點(diǎn)，經(jīng)常在高層的旅館或是居民住宅中得到廣泛使用。在具體的建筑設(shè)計(jì)中，客房和居室之間的空間一般來(lái)說都比較小，因此施工人員需要建設(shè)一些墻面來(lái)進(jìn)行空間的分隔。這些分隔墻大多就是利用現(xiàn)澆的剪力墻的技術(shù)，具有很大的實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性。

3.1剪力墻邊緣設(shè)計(jì)

一般來(lái)說，矩形截面的剪力墻的結(jié)構(gòu)延性要比槽形的截面的要差。在進(jìn)行建筑的計(jì)算的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員可以增加墻截面邊緣的約束力，從而有效的提升墻面的結(jié)構(gòu)延性，提高剪力墻的抗剪能力以及水平剪力作用。另外，建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，人們也要在墻端的位置設(shè)置暗裝，并且要將暗裝的截面的數(shù)值進(jìn)行規(guī)范，以防止建筑問題的發(fā)生。

3.2剪力墻配筋設(shè)計(jì)

剪力墻的水平布筋主要是為了防止墻面發(fā)生裂縫造成剪切破壞，并且可以抵擋溫度對(duì)混凝土的影響。在對(duì)配筋進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，建筑物如果比較長(zhǎng)或是比較高，施工人員在進(jìn)行配筋的選擇時(shí)，對(duì)于建筑連梁以及對(duì)溫度剛度變化比較敏感的部位一定在配筋的數(shù)量上進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?。而?duì)于長(zhǎng)度比較短，高度比較低的房屋，配筋的數(shù)量則可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少。

剪力墻的豎直方向的鋼筋主要是用來(lái)抗彎，在多層以及低高層的剪力墻里的配筋經(jīng)常是扣除了墻面邊緣的鋼筋。在邊緣的鋼筋配件中，墻面的豎直方向的配筋要保障間距不大于300mm，并且由于豎直方向的鋼筋太多，也會(huì)使墻面抗彎的強(qiáng)度也會(huì)比抗剪的強(qiáng)度要大，這樣對(duì)于建筑的抗震極為不利。

3.3剪力墻墻面設(shè)計(jì)

剪力墻由于結(jié)構(gòu)的剛度比較大，受溫度影響也比較大，所以對(duì)建筑的屋面以及樓面造成的影響也比較的大。一些長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的剪力墻有時(shí)會(huì)有變形甚至裂縫現(xiàn)象的發(fā)生，主要就是由于剪力墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土收縮產(chǎn)生變形，并且建筑的施工條件也難以控制，墻面受到的拉應(yīng)力不夠而導(dǎo)致建筑問題的發(fā)生。

當(dāng)墻面發(fā)生裂縫的時(shí)候，由于剪力墻的結(jié)構(gòu)以及使用狀況比較的復(fù)雜，處理起來(lái)也比較的麻煩，因而對(duì)社會(huì)的不良影響也會(huì)比較的大。但是，在目前極大的市場(chǎng)需求下，建筑工程大部分都要進(jìn)行趕工以及加班，速度的提升必然會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的下降。由于在建筑施工中，混凝土的使用量一般來(lái)說都比較的大，如果再加上強(qiáng)度的提升，就會(huì)使拉應(yīng)力變得更大，從而導(dǎo)致裂縫的發(fā)生。另外，在進(jìn)行施工時(shí)，混凝土如果要進(jìn)行泵送施工，就一定要增加水泥的使用量，減少骨料粒徑以及中等以及粗等骨料的含量。如果混凝土的配比以及送料的過程處理不好，加大了建筑結(jié)構(gòu)的收縮，建筑就極容易有裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)的時(shí)候，施工人員一定要尤為重視建筑的建設(shè)過程，從而避免以上這些建筑問題的發(fā)生。

4　結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行高層建筑剪力墻的施工時(shí)，相關(guān)人員既要清晰的了解高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，而且也要對(duì)其中的剪力墻進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，不僅要保證設(shè)計(jì)的合理性，而且也要保證建筑的質(zhì)量，保證其竣工以后的有效使用。

[1]宋鑫，唐瑛.剪力墻設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用[J].建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（12）：265.

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TU318

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1673-0038（2015）30-0048-02

2015-7-8