解析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

郭星　馬朝霞

（陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司陜西西安　710117）

解析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

郭星馬朝霞

（陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司陜西西安710117）

我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，極大的促進(jìn)了城市建筑行業(yè)的發(fā)展。由于城市中，大量人口的涌入，使得土地資源越來(lái)越緊張，而高層建筑的發(fā)展正能夠起到節(jié)約土地的巨大作用。因此，城市中出現(xiàn)大量的高層建筑。為了使得高層建筑能夠有效的降低因地震等自然災(zāi)害對(duì)建筑樓體造成的影響，對(duì)高層建筑的剪力墻設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)的分析，并對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施進(jìn)行了一定的探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士提供一定的借鑒或幫助。

高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1　引言

當(dāng)前，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，這是由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有的各種優(yōu)點(diǎn)所決定的，剪力墻結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，且其整體性也比較強(qiáng)，能夠極大地降低因地震等自然災(zāi)害對(duì)高層建筑樓體造成的損害。通常情況下，在譬如旅館等分間較多的建筑中對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會(huì)比較多。在建筑中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒎块g的承重墻與分隔墻合二為一，有效地節(jié)約了建筑空間，而且還能夠使建筑的整體性與強(qiáng)度得到很大程度的改觀。同時(shí)，設(shè)置剪力墻在高層建筑中，能夠?qū)⑹覂?nèi)的房梁等影響室內(nèi)美觀的結(jié)構(gòu)隱藏起來(lái)，這對(duì)于室內(nèi)的設(shè)計(jì)與布置是十分有利的。但是，剪力墻也有著一定的不利之處，這就需要相關(guān)工作人員了解高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，并積極地采取措施對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從而使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足得以很大程度的解決。

2　高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容分析與概述

2.1高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念

隨著城市發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，高層建筑逐漸興起并成為城市建筑的主流，因而提高高層建筑的穩(wěn)定性與承重力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)階段，在高層建筑中應(yīng)用較為廣泛的一種墻體結(jié)構(gòu)就是本文中所要描述的結(jié)構(gòu)-剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土為主要的原材料，為了使高層建筑樓層的承重力得以提高，其是通過承重板與縱向承重板之間的縱橫交錯(cuò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用，能夠從很大程度上提高建筑的強(qiáng)度與穩(wěn)定性以及其抗震的能力，與我國(guó)高層建筑發(fā)展的需要是非常相符合的。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠?qū)⒏邔咏ㄖ覂?nèi)的房梁、承重柱等影響房屋整體美觀的結(jié)構(gòu)很好的隱藏起來(lái)，極大的提高高層建筑房屋的美觀性，同時(shí)還能很好的節(jié)約室內(nèi)的空間，能夠滿足人們對(duì)于高層建筑房屋的基本要求。

2.2高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

眾所周知，鋼筋混凝土材料是高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的主要原料，因而，其具有高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性以及抗壓性等優(yōu)點(diǎn)。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的主要原料為鋼筋混凝土，而其價(jià)格相對(duì)來(lái)說比較低廉，因而，在高層建筑施工的過程中能夠極大地降低建材方面的成本，使建筑施工單位的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益得到很大程度上的提高。剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠避免建筑室內(nèi)存在過多的承重，而且能夠很好地將室內(nèi)存在的承重柱以及房梁等結(jié)構(gòu)隱藏起來(lái)，這對(duì)于建筑物室內(nèi)空間的節(jié)約、建筑物整體的美觀性以及其日后的設(shè)計(jì)與布置等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，剪力墻結(jié)構(gòu)的利用也有著諸多的弊端，例如，如果在高層建筑中使用過多的剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生較大震級(jí)的地震時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)的存在會(huì)使建筑出現(xiàn)巨大的反震力，降低高層建筑的安全性。此外，大多數(shù)情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建造時(shí)所選擇的鋼筋混凝土的質(zhì)量都比較低，這在一定程度上，會(huì)對(duì)高層建筑的質(zhì)量造成較大的影響，并給居民的安全埋下極大的安全隱患。

3　高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施

對(duì)利用在高層建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的優(yōu)化，能夠從很大程度上促使建筑結(jié)構(gòu)的受力情況達(dá)到平衡，極大地提高建筑物的穩(wěn)定性，而且，對(duì)于高層建筑室內(nèi)整體美觀性的提高也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1剪力墻結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化措施

剪力墻結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土為主要的原材料，為了使高層建筑樓層的承重力得以提高，其是通過承重板與縱向承重板之間的縱橫交錯(cuò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，為了使其形成一定的空間結(jié)構(gòu)，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)當(dāng)使其沿著主軸方向或者是其他的方向進(jìn)行，此時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)在承受建筑質(zhì)量過程中能夠從兩個(gè)方向進(jìn)行，而且這兩個(gè)方面具有同樣的強(qiáng)度。建筑物整體是否具有較強(qiáng)的穩(wěn)固性，這一問題與剪力墻結(jié)構(gòu)的一大特點(diǎn)——側(cè)向強(qiáng)度大，有著十分重要的關(guān)系。因此，在對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，應(yīng)盡可能的使剪力墻結(jié)構(gòu)的這一大特性得到最大程度的發(fā)揮。另外，為了使得剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度增加，可以適當(dāng)?shù)貙?duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的重量進(jìn)行減輕，與此同時(shí)，增加剪力墻結(jié)構(gòu)中能夠有效利用的空間。

3.2剪力墻結(jié)構(gòu)各組成構(gòu)件的含鋼量大小設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

在高層建筑施工建設(shè)的過程中，由于剪力墻結(jié)構(gòu)所具有的諸多優(yōu)勢(shì)而受到廣泛的利用。通過對(duì)大量實(shí)踐案例的分析與探究以及相關(guān)工作人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，目前，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)各組成構(gòu)件最適合的含鋼量大小已經(jīng)有了比較細(xì)致地總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，在剪力墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及其剛度保持不變的情況下，使建筑工程的造價(jià)得以最大限度的降低，進(jìn)而提高整個(gè)工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。含鋼量經(jīng)驗(yàn)值與單位面積鋼筋量如表1～2所示。

表1　含鋼量經(jīng)驗(yàn)值統(tǒng)計(jì)表

對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)體系的用鋼量的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2　單位面積鋼筋量（單位：kg/m2）

3.3對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇

在高層建筑施工過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇是否正確對(duì)于其設(shè)計(jì)優(yōu)化十分重要，是其進(jìn)行優(yōu)化的一個(gè)重要的指標(biāo)。在選擇方案的過程中首先應(yīng)該注意的是設(shè)計(jì)方案的是否合理以及其是否具有較高的安全性，同時(shí)，還要考慮到選擇的設(shè)計(jì)方案中，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該與高層建筑的穩(wěn)定性與承重性相符合。另一方面，還要評(píng)定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本，從而使剪力墻結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)造得以保證，并在基礎(chǔ)上，最大限度的節(jié)約剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造成本。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇還應(yīng)該盡可能地滿足高層建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其設(shè)計(jì)的用途。

3.4對(duì)連梁設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化

對(duì)連梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)該在配筋以及截面受剪承載力這兩個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范，這是在連梁普通設(shè)計(jì)，包括抗震與非抗震設(shè)計(jì)，高跨比小于和大于2.5這兩種情況下所提出的要求。通常來(lái)講，對(duì)連梁進(jìn)行塑性調(diào)幅主要可以通過以下兩種方式進(jìn)行：①在內(nèi)力計(jì)算之前折減連梁的剛度；②在內(nèi)力計(jì)算之后將連梁的彎矩與剪力的組合值與折減系數(shù)相乘。總之，無(wú)論利用何種方式對(duì)其進(jìn)行塑性調(diào)幅，都應(yīng)該保證調(diào)整后連梁的彎矩與剪力設(shè)計(jì)值大于使用階段的實(shí)際值，但是不能比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值低，從而避免高層建筑在發(fā)生較小震級(jí)的地震時(shí)就會(huì)出現(xiàn)裂縫的問題，對(duì)居民的安全造成威脅。

3.5對(duì)底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化

通常情況下，工作人員在對(duì)高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，最底部分的高度可以取墻肢總高度的1/10與底部?jī)蓪拥妮^大值；對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)中，底部帶有轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)，在框支層加上框支層以上兩層的高度與落地抗震墻肢總高度的1/10這兩個(gè)值之間，取較大值作為剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度。在嵌固部位為地下室底板的情況下，在地震發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)影響到地上的樓層，而且還會(huì)對(duì)地下的一層造成影響，因此應(yīng)該切實(shí)提高地下一層的抗震強(qiáng)度，此時(shí)，底部加強(qiáng)部位的范圍可以適當(dāng)?shù)匮由斓降叵乱粚?，并按照?guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)置一定的約束邊緣構(gòu)件在地下的一層中。

4　結(jié)語(yǔ)

高層建筑的整體性能由于應(yīng)用了剪力墻結(jié)構(gòu)而得到了較大的改善與提高。從上述的分析與探究中，可以總結(jié)出，剪力墻結(jié)構(gòu)由于自身所具有的強(qiáng)度高、剛性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而其在高層建筑中的應(yīng)用對(duì)于建筑本身而言有著十分重要的作用，但是，其也存在著一定的不足之處，這就要求我們?cè)趯?duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中遵循設(shè)計(jì)的原則，按照相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行，同時(shí)還要注意對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)能夠得以最大限度的發(fā)揮，提高高層建筑的建造質(zhì)量以及其整體的美觀性。

[1]李金石.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討[J].科學(xué)之友，2011（14）.

[2]劉世美，黃東升.高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程編制說明[J].工程抗震與加固改造，2011（04）：61～65.

[3]陶善雨.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究[J].黑龍江科學(xué)，2014（10）.

TU318

A

1673-0038（2015）26-0013-02

2015-5-30

郭星（1983-），男，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

馬朝霞（1981-），女，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。