簡析高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張晶瑾 魯立蘭

【摘要】隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，促進(jìn)了高層建筑的發(fā)展，使得高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作用更加突出。本文闡述了高層建筑剪力墻的布置設(shè)計(jì)原則，結(jié)合案例對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并提出了優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施。

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

剪力墻剪力墻又稱為抗風(fēng)墻和結(jié)構(gòu)墻，是指主要承受風(fēng)荷載或者是地震作用所產(chǎn)生的水平剪力的墻體。以下就高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要分析。

一、高層建筑剪力墻的布置設(shè)計(jì)原則

剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，因此墻體的布置必須同時(shí)滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。

1、剪力墻在布置設(shè)計(jì)上不能太密集，要使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有合適的側(cè)向的剛度，如果側(cè)向剛度比較大的話，不僅會(huì)加大墻體本身的重量，還會(huì)使其在地震中所受的地震力變大，容易發(fā)生倒塌事件。

2、如果剪力墻的長度比較大的時(shí)候，可以通過開設(shè)洞口的方式來把墻分成幾個(gè)均勻的獨(dú)立的墻體，每一段墻體的長度不能大于8m。

3、在設(shè)計(jì)剪力墻的時(shí)候，最好沿主軸的方向多向或者雙向布置，在不同方向的剪力墻最好聯(lián)結(jié)在一起，要注意盡量避免對(duì)直或者拉通；在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要使兩個(gè)方向的側(cè)向剛度相接近，而剪力墻的墻肢的截面要規(guī)則并且簡單。剪力墻在分布上要均勻，數(shù)量要適當(dāng)。

4、剪力墻在豎直方向要從下到上做連續(xù)的布置，避免發(fā)生剛度的突變情況。在高層建筑中，剪力墻的墻肢的截面要規(guī)則并且簡單，剪力墻在豎直方向的剛度要均勻，剪力墻的門窗或者洞口要形成明確的墻肢和連接梁。要避免墻肢出現(xiàn)剛度相差懸殊的洞孔設(shè)計(jì)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻都不能采用疊合的錯(cuò)洞墻。

5、剪力墻的洞口或者門窗要上下對(duì)齊，不能錯(cuò)位，成列布置。要避免使用疊合的錯(cuò)洞墻或者錯(cuò)洞墻，這樣都會(huì)影響剪力墻的承重能力，容易發(fā)生應(yīng)力變形。

6、在剪力墻和平面以外的方向的梁體連結(jié)的地方，要加強(qiáng)剪力墻平面之外的抗彎的剛度以及承載力，可以采取在墻內(nèi)設(shè)置一些暗柱、扶壁柱或者和梁相互連接的型鋼等措施，也可以用減小梁端的彎矩的措施來達(dá)到加強(qiáng)承載力和抗彎能力的目的。例如：可以設(shè)計(jì)成鉸接或者是半剛接的形式。

二、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例

某項(xiàng)目抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。當(dāng)?shù)?0年基本雪壓為0.9KN/m2，50年基本風(fēng)壓為0.6KN/m2。

1、該項(xiàng)目的高層住宅建筑高度53米，地上18層。其設(shè)計(jì)難度在于應(yīng)建筑采光和通風(fēng)的要求在角部開設(shè)角窗，很大的影響了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，特別是對(duì)于地震作用下的結(jié)構(gòu)計(jì)算，很難滿足扭轉(zhuǎn)位移比和周期比。 （1）在建模時(shí)，考慮了兩種方法，一是直接在角部的兩道剪力墻上開洞，形成角窗。但由于PKPM在處理時(shí)總會(huì)在角部加入一個(gè)很小的墻肢進(jìn)去，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不可靠性，所以未采用。第二種方法是把角部的兩道墻都去掉，建兩根挑梁，兩根挑梁在角部相交，形成受力構(gòu)件。挑梁的寬度同墻厚，挑梁高度同窗間墻。這樣使得傳力明確，計(jì)算結(jié)果也偏為合理。（2）調(diào)整模型滿足抗震性能要求之后，在構(gòu)造上也需要做加強(qiáng)措施。因?yàn)殚_設(shè)角窗會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)角部剛度減弱，抗扭剛度減小。其次角部的樓板由于沒有豎向支撐，緊靠水平相交的兩根挑梁作為支撐，也需要加強(qiáng)。另外挑梁由于互為支座，互相會(huì)對(duì)對(duì)方產(chǎn)生彎矩，并傳至挑梁根部的暗柱，且隨著結(jié)構(gòu)的層數(shù)累積，在結(jié)構(gòu)底部暗柱產(chǎn)生很大的彎矩。因此在設(shè)計(jì)時(shí)做以下加強(qiáng)措施：首先是樓板加厚為150mm，配筋雙層雙向，在樓板角部加斜暗梁；其次加強(qiáng)挑梁配筋，放大挑梁底筋，以防止挑梁內(nèi)彎矩的調(diào)幅；另外挑梁端部暗柱長度至少要為600mm，以保證能夠承受挑梁傳來的彎矩，同時(shí)提高挑梁梁端剪力墻墻肢的抗震等級(jí)，以保證挑梁端部墻肢能夠承受更大地震力。

2、該項(xiàng)目的多層住宅抗震等級(jí)為2級(jí)，考慮當(dāng)?shù)乇丶胺姥┮螅茸鲆粚铀轿菝姘?，另設(shè)斜板做多坡屋面。（1）在建模時(shí)，第一種以坡屋面的平均高度作為層高建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，梁板均按水平布置，此方法不能真實(shí)模擬結(jié)構(gòu)形態(tài)，尤其忽略了斜板對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)以及限量對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平推力，是結(jié)構(gòu)偏柔。第二種通過PKPM中的“梁兩端標(biāo)高”和“改上節(jié)點(diǎn)高”來布置斜梁，設(shè)虛梁短柱來傳遞荷載至下層柱頂。此方法能很好模擬斜梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，但容易造成有效質(zhì)量系數(shù)小于90%及位移比大于1.5的情況。故設(shè)計(jì)時(shí)以第一種模型考慮抗震指標(biāo)，第二種模型來考慮斜梁及柱的實(shí)際配筋，可以得到偏為保守的設(shè)計(jì)結(jié)果。（2）設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于傾斜的屋面板采用雙層雙向配筋，并且按《坡屋面梁施工圖“平面整體表示方法”制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖（03G101-補(bǔ)充）》的構(gòu)造要求設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。

3、該項(xiàng)目多層及高層均有局部負(fù)二層地下室聯(lián)通地下車庫，多層采用強(qiáng)夯法處理天然地基承載力至200KPa，高層選取旋挖成孔后注漿灌注樁基礎(chǔ)形式。在地下室基礎(chǔ)底標(biāo)高有高差的情況下做如下處理：（1）高的地下室基底壓力，作為地面活載一樣對(duì)低的地下室外墻產(chǎn)生側(cè)壓力，聯(lián)通土壓、水壓及人防等效靜載計(jì)算低的地下室外墻內(nèi)力。（2）施工時(shí)一般低的地下室先挖土，靠高的地下室一側(cè)放坡，待低的地下室結(jié)構(gòu)施工到與高的部分基底標(biāo)高時(shí)，采用低強(qiáng)度混凝土、灰土或砂石回填肥槽，此時(shí)回填材料應(yīng)有足夠的密實(shí)性，其承載力不能低于高的地下室基底土的承載力。（3）高、低兩部分地下室，相互間基礎(chǔ)的差異沉降應(yīng)滿足規(guī)范的允許值。

三、優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

1、盡量做到不出現(xiàn)獨(dú)立的小墻肢且剪力墻剛度應(yīng)適度：剪力墻結(jié)構(gòu)本身就承載著較大的負(fù)荷，且延性不足，這種情況下，只有盡力做到將壓力平均分配到每個(gè)墻肢上才能有效的提高結(jié)構(gòu)的性能。因此，如果出現(xiàn)了獨(dú)立的小墻肢，那么正如同木桶出現(xiàn)了短板，整個(gè)結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力就會(huì)大打折扣。并且，正如俗話所說：“剛則以摧”，所以如果剪力墻的剛度過大的話，其延性不足的特點(diǎn)就會(huì)突出的暴露出來。

2、要根據(jù)具體情況，對(duì)剪力墻的連梁進(jìn)行有效的調(diào)整，只有這樣，才能保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高整個(gè)建筑的相關(guān)性能。出于對(duì)其進(jìn)行規(guī)范的目的，國家出臺(tái)了相關(guān)的法律規(guī)定，如《高規(guī)》中規(guī)定剪力墻長度不宜大于8m，當(dāng)大于8m時(shí)，宜采用弱連梁將其分開。

3、根據(jù)具體情況控制剪力墻的厚度：剪力墻的墻體如果太薄，那么其抗震能力以及負(fù)載能力一定會(huì)大打折扣，從而使整座建筑的相關(guān)參數(shù)不合格，工程質(zhì)量受到極大影響，甚至可能會(huì)造成安全隱患，給人民帶來生命和財(cái)產(chǎn)損失。剪力墻的墻體如果太厚，不僅縮小了住戶可利用的空間，而且會(huì)造成浪費(fèi)，給建筑商帶來不小的損失。因此，在建設(shè)過程中，施工單位萬萬不能急于施工，而應(yīng)根據(jù)具體情況，進(jìn)行精確計(jì)算。

結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前高層建筑數(shù)量的日趨增多，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，一定要明確設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，采取有效的設(shè)計(jì)方法來提高設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量，進(jìn)而為高層建筑剪力墻施工奠定基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王鳳琳.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2009，35，（10）.

[2]陳崇岡.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010，（10）.

[3]徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].中國建筑工業(yè)出版社.2005.