淺析高層建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邵昆 宋國(guó)用

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展迅速和人民生活水平的日益提高，建筑行業(yè)的發(fā)展日新月異，建筑業(yè)的發(fā)展要與城市化進(jìn)程相適應(yīng)。在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震結(jié)構(gòu)始終是整個(gè)設(shè)計(jì)中較難實(shí)施也是最為薄弱的環(huán)節(jié)，因高層建筑本身的復(fù)雜特點(diǎn)以及地震發(fā)生時(shí)會(huì)造成的種種不確定影響。作者闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在調(diào)整樓層最小剪力系數(shù)、調(diào)整樓層間位移與層高之比等方面所應(yīng)遵循的基本原則，并對(duì)高層建筑中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，以有效保證建筑工程的施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑；剪力系數(shù)

1、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

在建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)主要承載的就是水平以及豎直方向的荷載和重力，在剪力墻設(shè)計(jì)中不但要求其安全合理，還需要對(duì)其經(jīng)濟(jì)問題進(jìn)行思考。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于各項(xiàng)位移的限制值也需要使其能夠滿足，對(duì)于其構(gòu)件中的抗側(cè)力構(gòu)件作用也需要加強(qiáng)思考。對(duì)于剪力墻的豎向設(shè)計(jì)也需要使其能夠滿足位移限制值相關(guān)規(guī)范的要求，盡可能的使其數(shù)量能夠減少，同時(shí)對(duì)于基本的振力也不造成影響。

1） 調(diào)整樓層最小剪力系數(shù)方面的原則。在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)中對(duì)于其構(gòu)件盡可能的減少布置，其中最佳的設(shè)計(jì)方案就是進(jìn)行大開間剪力結(jié)構(gòu)的布置，使得側(cè)向剛度結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到最好的狀態(tài)。同時(shí)，樓層間的剪力系數(shù)也要確保較小，但是不能超過相關(guān)規(guī)范規(guī)定的范圍，短肢剪力墻承受的地震傾覆力矩以及和整體總底部承受的地震傾覆力比一定要不大于1∶ 4，這樣不但能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)自身的重量減小，并且還能減少地震所帶來的損害，可節(jié)約成本。

2） 調(diào)整樓層間最大位移與層高之比方面的原則。在對(duì)規(guī)范規(guī)定的最大樓層間的位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)，假如建筑所處地區(qū)出現(xiàn)地震的情況比較多，對(duì)樓層的標(biāo)準(zhǔn)值在進(jìn)行計(jì)算時(shí)可以將結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形進(jìn)行保留，在以彎曲變形為主的建筑中需要計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形。在高層建筑當(dāng)中重點(diǎn)需要考慮的就是樓層間的剪力變形以及扭轉(zhuǎn)變形。結(jié)構(gòu)的剪切變形主要是通過豎向構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行確定的，在實(shí)際的工程中，有很多構(gòu)件還是很難滿足的，同時(shí)還需要加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件的合理布局，如果布局不合理，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，那么樓層間的位移就很難達(dá)到要求。所以，相對(duì)高層建筑來說，不能簡(jiǎn)單的只是利用樓層間的位移來進(jìn)行豎向構(gòu)件剛度的確認(rèn)，同時(shí)還需要盡可能的減少扭轉(zhuǎn)變形。

3） 調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)連續(xù)超限方面的原則。剪力墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)跨高比如果太小就會(huì)出現(xiàn)彎矩和剪力過大的情況，這樣就超過了相關(guān)規(guī)范限度，跨高比一般不小于2. 5。按照相關(guān)規(guī)定的要求，在跨高比小于5 時(shí)，連續(xù)梁是不能進(jìn)行折減的，對(duì)跨高比的合理選擇能夠有效的避免剪力和彎矩過量。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)以上所述有效合理的利用就能夠在一定程度上降低工程成本。

在對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅需要符合相關(guān)規(guī)定，還需要加強(qiáng)對(duì)其他方面因素的考慮，對(duì)建筑物的立面以及平面一定要盡可能的確保均勻，并且剪力墻結(jié)構(gòu)一定要遠(yuǎn)離房屋中間，這樣是為了確保房屋的整體抗扭能力。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1） 對(duì)剪力墻暗柱鋼筋進(jìn)行合理配置。相關(guān)規(guī)定表明，對(duì)于一級(jí)、二級(jí)以及三級(jí)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一定要設(shè)置暗柱與端柱。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)置暗柱與端柱，能夠在一定程度上消耗大量地震波的能量，因?yàn)榧袅Φ倪吘墭?gòu)件抗拉的能力很強(qiáng)，所以能夠有效的提高建筑的穩(wěn)定性。

2） 對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠有效的利用鋼筋混凝土的剪力墻，承擔(dān)一定的水平地震作用力以及來自各個(gè)方向的荷載力。所以，在對(duì)剪力墻進(jìn)行布置的時(shí)候，一定要達(dá)到建筑本身的要求，找到建筑自身的曲線，再對(duì)其進(jìn)行規(guī)則性的布置。在對(duì)其進(jìn)行布置的時(shí)候，除了要考慮建筑豎向的承載構(gòu)件的布置，還要考慮建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，進(jìn)而避免建筑在受到水平地震力的時(shí)候，發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置，首先，要慎重的選擇短肢的剪力墻結(jié)構(gòu)，這樣不僅能夠?qū)ㄖM(jìn)行靈活的布置，還能夠有效的減少建筑結(jié)構(gòu)的重量，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑的抗震能力不強(qiáng)，不能夠保障建筑的穩(wěn)定性。其次，在建筑結(jié)構(gòu)中不能夠出現(xiàn)獨(dú)立的小墻肢，如果在建筑設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了獨(dú)立的小墻肢，就會(huì)加大建筑施工的難度系數(shù)。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，要運(yùn)用合并洞口來對(duì)建筑剪力墻進(jìn)行合理的布置，進(jìn)而避免使用獨(dú)立墻肢，降低施工的難度系數(shù)。最后，要保障剪力墻的整體剛度，在施工過程中，如果剪力墻的剛度過大，那么就能夠有效的減少施工的時(shí)間，導(dǎo)致地震力較大，消耗更多的建筑能源，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)差。除此之外，地震力增大將會(huì)導(dǎo)致建筑墻肢與連梁超筋之間不能夠達(dá)到抗剪力的標(biāo)準(zhǔn)，因此加大了截面設(shè)計(jì)的難度系數(shù)。所以在控制剪力墻整體剛度時(shí)，一定要滿足位移限制的標(biāo)準(zhǔn)。

剪力墻布置時(shí)遵循的原則： 在建筑物的角部必須設(shè)置剪力墻； 在樓梯間、電梯間處的墻體也要設(shè)置剪力墻；盡量多布置一些“L”形、“T”形的剪力墻； 剪力墻應(yīng)該盡量在一條直線上； 當(dāng)剪力墻的長(zhǎng)度大于5 m 時(shí)，在剪力墻剛度富裕的情況下可設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口； 盡量不要出現(xiàn)短肢剪力墻。

3） 合理的控制剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)。為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)布置的合理性、恰當(dāng)性以及科學(xué)性，就要對(duì)位移比、側(cè)向剛度比、周期比等一些參數(shù)進(jìn)行有效的控制。位移比通常是指高層建筑中，豎向構(gòu)件本身的樓層的位移和水平位移與樓層平均值的比值。除此之外，還對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)布置其自身的不規(guī)則性進(jìn)行限值，這樣能夠有效的防止建筑出現(xiàn)偏心力，出現(xiàn)建筑扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。位移比限值是根據(jù)剛性樓板假定的條件下確定的，高層建筑的豎向構(gòu)件位移比一般是不能夠超過1. 2 倍的。

4） 連梁設(shè)計(jì)。如果剪力墻受水平荷載時(shí)，墻肢就有可能產(chǎn)生扭曲變形，連續(xù)梁對(duì)于墻肢的水平力能夠平衡，在一定意義上能夠改善墻肢的受力狀態(tài)，對(duì)墻肢能起到約束的作用。因此，在連梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)連梁剛度以及高度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，有效增加跨度以此降低結(jié)構(gòu)的剛度，對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，能有效緩解地震對(duì)剪力墻的影響。除此之外，為了能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能以及承載力，也可以適當(dāng)?shù)脑黾蛹袅Φ暮穸?，增加連梁截面，使連梁的作用得到最大限度發(fā)揮。

結(jié) 語

當(dāng)前，隨著人們對(duì)于高層建筑的需求增多，大量的高層建筑在各種用途的建筑中出現(xiàn)，這在一定程度上能夠有效利用土地使用面積，符合當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。對(duì)高層建筑中的剪力墻的應(yīng)用更能有效的體現(xiàn)出其很好的優(yōu)勢(shì)。不但能夠滿足建筑最基本的使用功能，還能夠?qū)θ藗內(nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的個(gè)性化需求以及工程經(jīng)濟(jì)性需求和耐久性的要求都可以實(shí)現(xiàn)。剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的確保建筑的質(zhì)量，也能夠降低建筑工程的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 張建勛，谷軍，張帆. 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J]. 建筑設(shè)計(jì)管理，2011（ 10） ： 3-5.

[2] 師希望，林順青. 某高層框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探討[J]. 科學(xué)之友，2011（ 9） ： 6-8.

[3] 郭兆偉. 高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)分析[J]. 建材技術(shù)與應(yīng)用，2011（ 1） ： 7-10.

[4] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[S].