高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討

賈東升

（河北建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050011）

一、前言

高層建筑之所以常使用剪力墻結(jié)構(gòu)是因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)不僅僅具有綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，還具有投資成本低和堅(jiān)韌度高的特點(diǎn)，這也是剪力墻被廣泛使用的原因。使用剪力墻結(jié)構(gòu)既可以節(jié)約投資成本，而且和其他結(jié)構(gòu)相比還具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，例如，和框架結(jié)構(gòu)相比較，如果兩者在基本情況相同的時(shí)候，剪力墻結(jié)構(gòu)的外觀更加美觀。伴隨著社會(huì)大眾對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的不斷重視，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高層建筑也是越來越普遍，雖然相關(guān)的章程對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)沒有具體的規(guī)定，但是作為工程質(zhì)量的保證，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)是重點(diǎn)問題。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的概念及結(jié)構(gòu)能效

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)不僅要符合建筑物的整體布局結(jié)構(gòu)，而且還要滿足建筑物的平面結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)在整體建筑中是一個(gè)構(gòu)件，是起到抗震，抗風(fēng)以及傳導(dǎo)荷載力導(dǎo)致的剪力、軸力等的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，與此同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)還是建筑物的隔離墻，因此在整個(gè)建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)是主要承載部分。剪力墻結(jié)構(gòu)具有空間小的特點(diǎn)，所以在使用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)通常采用混凝土結(jié)構(gòu)作為樓層的蓋板，這樣既可以節(jié)約樓高，而且還可以提高空間的利用率，是一個(gè)有效的使用措施，剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛使用還有一個(gè)重要的原因，那就是剪力墻結(jié)構(gòu)在空間和整體結(jié)構(gòu)上都具有較強(qiáng)的抗側(cè)力性能和承載性能，然而沒有完美的結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)也具有一些不足之處，比如，建筑物的設(shè)計(jì)靈敏度較低，空間間距限制較大，對(duì)于大型建筑不適用。

三、高層剪力墻結(jié)構(gòu)布置要求

因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)在整體建筑中是起到抗震，抗風(fēng)以及傳導(dǎo)荷載力導(dǎo)致的剪力、軸力等的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且剪力墻結(jié)構(gòu)還是建筑物的隔離墻，所以剪力墻結(jié)構(gòu)大多數(shù)是順著主軸線布置。剪力墻結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗脆性和延性變形、彎曲延性，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，剪力墻要具有相對(duì)較大的高度與寬度，但是剪力墻的厚度要較小一點(diǎn)，這也是符合剪力墻的特征。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)墻布置應(yīng)在“周邊、對(duì)稱、成對(duì)”的前提下，盡可能減少墻肢片數(shù)量和暗柱數(shù)量。

四、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

1 加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)均衡設(shè)計(jì)。高層剪力墻結(jié)構(gòu)的均衡設(shè)計(jì)需要工作人員使用合理的對(duì)策，促進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)的受力平均，這不僅僅可以提高工程的安全性能和結(jié)構(gòu)的合理，而且還可以節(jié)約高層建筑的造價(jià)成本。剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)需要工作人員依據(jù)建筑物的平面布局狀況來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員分析各種情況，得出剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，這包括設(shè)計(jì)人員依據(jù)施工場(chǎng)地的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的剪力墻結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)好剪力墻結(jié)構(gòu)方案的同時(shí)還要制定出符合設(shè)計(jì)要求的管理?xiàng)l例，加強(qiáng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的檢查和監(jiān)督，增強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)和管理團(tuán)隊(duì)的科學(xué)管理水平，保證施工人員嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案和施工圖紙進(jìn)行施工，保障施工的質(zhì)量，特別是剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2 高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。高層剪力墻結(jié)構(gòu)有著各式各樣的設(shè)計(jì)方式，對(duì)于不同高度的建筑物，選擇不同的剪力墻結(jié)構(gòu)，這不僅僅要考慮層高還要考慮剪力墻構(gòu)件所需要的材料，對(duì)于層高小于20層的建筑物，大多數(shù)情況下使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的方法，這種設(shè)計(jì)方法的水平地震剪力、期限和位置移動(dòng)均可以在正常的范圍中得到制約，而且還使用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，有效的把混凝土結(jié)構(gòu)的墻體改變成砌體墻體，這種方法不僅可以促進(jìn)整個(gè)建筑物剛度的提升，降低結(jié)構(gòu)本身的重量，而且還可有利于減少建設(shè)投資。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)于墻體配筋在剪力墻結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)，第一步要做的工作就是選擇優(yōu)質(zhì)的材料，其中鋼筋材料的選擇是重中之重，選擇質(zhì)優(yōu)的鋼筋需要檢查鋼筋的各種合格證明，這是鋼筋進(jìn)場(chǎng)前的首要工作，符合要求的鋼筋才可以進(jìn)入施工場(chǎng)地，剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋大多數(shù)需要把垂直鋼筋安置在里面，水平鋼筋安置在外面。這是因?yàn)榈氐紫碌膲w配筋相對(duì)于其他部分較多，而且地下水壓和土壓造成的壓力較強(qiáng)，剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋通常符合建議標(biāo)準(zhǔn)和工程測(cè)算的最小配筋率即可。依據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀制定的剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠較好的減少投資成本。對(duì)剪力墻厚度的選擇尤為重要，不必特意把最小厚度定為200mm，在滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算要求的前提下也可采用180mm或160mm剪力墻。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)。相關(guān)剪力墻結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中明確提出，如果連梁的跨高比大于5的時(shí)候，就需要按照框架梁的要求展開設(shè)計(jì)，這也就是表示，跨高比大于5的連梁，它的剛度不可以減少，然而當(dāng)連梁的跨高比在5~6時(shí)，一旦剛度不減少，很有可能造成剪力過大的情況，使得建設(shè)工程的成本增加，浪費(fèi)資源。解決方法就是使跨高比大于6，這樣就可以明顯的減少鋼筋與混凝土的使用量，有效的減少投資成本。

5 層間位移比和最大位移的優(yōu)化設(shè)計(jì)。依據(jù)規(guī)定，在核算常遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值造成的樓層最大的彈性層間位移時(shí)，把以高層變形建筑物排除以外，大多數(shù)不扣除整個(gè)結(jié)構(gòu)的彎矩變形，同時(shí)算入扭轉(zhuǎn)變形。所以，以高層建筑為例，首要的任務(wù)是制止樓層間和剪切變形。根據(jù)制約的垂直構(gòu)件數(shù)量可以制約剪切變形，一旦單數(shù)構(gòu)件布置的不科學(xué)，一樣能產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)變形，所以，高層建筑需要最大可能的減少扭轉(zhuǎn)變形，不可以隨意增設(shè)構(gòu)件的剛度。

6 樓層最小剪力系數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在符合短肢剪力墻承擔(dān)的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩低于40%的情況下，需要最大限度的降低使用剪力墻，將大空間剪力墻布置方法作為目的，促進(jìn)樓層最低剪力系數(shù)靠近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。這種方法可以加大剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度和減少自重，將地震作用造成的消極作用降到最小。

結(jié)語

綜上所述，一旦高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)不足的時(shí)候，這可能會(huì)大大制約剪力墻結(jié)構(gòu)與工程整體的安穩(wěn)性，所以，加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是工作的重中之重，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以促進(jìn)工程穩(wěn)定而且還可以降低建設(shè)資金的投入，對(duì)我國建筑行業(yè)的高速發(fā)展有著積極影響。

[1]陳耀.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討[J].福建建材，2011（04）：36-37+39.