高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

【摘要】我國建筑業(yè)的發(fā)展使得人們的居住環(huán)境都有所提升。但是隨著土地資源的緊缺，高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)下的趨勢。對于某些高層建筑來說，剪力墻結(jié)構(gòu)是非常重要的一種結(jié)構(gòu)形式。本文將簡單介紹高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及對剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化的探究。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高層建筑也越來越多，成為發(fā)達(dá)城市現(xiàn)代化的象征。而高層建筑的剪力墻具有剛度大、整體性強(qiáng)、用鋼量小等優(yōu)點(diǎn)，對于高層建筑的建設(shè)有著重大的影響。因此，剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的。那么，究竟如何優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呢？

1.我國高層建筑剪力墻的簡單介紹

1.1剪力墻的概念與特點(diǎn)

剪力墻又稱為抗風(fēng)墻、抗震墻還有結(jié)構(gòu)墻。房屋活構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或者地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體，防止結(jié)構(gòu)剪切被破壞。因?yàn)槭卿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)墻，屬于下端固定在基礎(chǔ)頂面上的豎向懸臂板。豎向荷載在墻體內(nèi)主要產(chǎn)生向下的壓力，側(cè)向力在墻體中產(chǎn)生水平監(jiān)利和彎矩，因?yàn)檫@類墻體具有加大的承受水平力（水平剪力）的能力，故稱為剪力墻。剪力墻不僅有著非常出色的外觀，還有著自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因?yàn)榧袅﹁T造的材料主要是鋼筋混凝土，因此，它的穩(wěn)定性極好，表面強(qiáng)度也非常大，平面內(nèi)的剛度及承重力大，但是剪力墻外表面的剛度以及承載力都相對較小。隨著建筑的逐漸增高，剪力墻的主要作用就是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的建筑物梁和柱子承重，因?yàn)樗休^大的承重能力。除此之外，剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋比例較低，為鋼筋的價(jià)格相對昂貴，因此大大降低了建筑企業(yè)的成本問題，為企業(yè)帶來更大的效益?？傊?，剪力墻的特點(diǎn)就是外觀優(yōu)美，穩(wěn)定性好，表面強(qiáng)度大，承重能力強(qiáng)，價(jià)格實(shí)惠。

1.2當(dāng)前我國高層建筑剪力墻出現(xiàn)的問題

雖然我國的高層建筑發(fā)展迅速，但是在高層建筑的剪力墻的設(shè)計(jì)方面仍然存在著一些問題。首先就是軟件運(yùn)用的問題。目前我國在高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)計(jì)算的方面的軟件還不是非常新。計(jì)算機(jī)畢竟不是人的大腦，不能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改，緊急情況。不能根據(jù)施工現(xiàn)場的進(jìn)行實(shí)際情況做出設(shè)計(jì)，同時(shí)也不能處理相應(yīng)的緊急狀況。因此，在利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的時(shí)候會存在一定的誤差。其次，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)問題的時(shí)候，沒有考慮到高層建筑的實(shí)際情況帶來的隱患，從而在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不能很好地與高層建筑相適應(yīng)。除此之外，有的設(shè)計(jì)者對于剪力墻中的鋼筋量沒有做嚴(yán)格的要求。他們?yōu)榱耸沟眉袅Φ氖芰δ芰Ω鼜?qiáng)，表面強(qiáng)度更高，盡可能使鋼筋含量更多，卻忽略了鋼筋含量過多造成的危害，而且這樣還大大增加了企業(yè)的成本問題。

2.對優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

2.1加強(qiáng)高層建筑剪力墻的軟件以及員工的更新

隨著我國高科技的發(fā)展，幾乎所有的技術(shù)都運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)。而對于高層建筑中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算上，要用到計(jì)算機(jī)以及一些軟件。因此，建筑部門也要注重建筑所使用的軟件的更新。研究人員應(yīng)該設(shè)計(jì)出與優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算相匹配的軟件，從而更好地優(yōu)化高層建筑中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。除此之外，相關(guān)企業(yè)要加強(qiáng)高技術(shù)員工的更新問題。多聘請對于高層建筑中剪力墻的設(shè)計(jì)計(jì)算能力的軟件應(yīng)用較強(qiáng)的工作人員，使其更好的運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)從而優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土墻為主要的承受豎向和水平荷載的結(jié)構(gòu)體系，在高層建筑中，剪力墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有其一定的原則。首先就是剪力墻結(jié)構(gòu)體系布置原則。剪力墻的結(jié)構(gòu)體系包括平面布局，豎向布置，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)······首先從平面布局來說，剪力墻在拐角墻以及結(jié)構(gòu)的兩端處的受力比較復(fù)雜，因此，受外界的影響相對大些。因此，在建設(shè)剪力墻的時(shí)候要盡量避免在這些受力復(fù)雜的地方設(shè)置樓梯，確保建筑的安全。首先，要做到平面布置規(guī)整、簡單、對稱而且要均勻。要盡量使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度增加，是使得剪力墻的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度、承受力分布，使得結(jié)構(gòu)的鋼芯與質(zhì)心重合或者接近，從而加強(qiáng)高層剪力墻的抗震能力。從剪力墻的縱向布置方面來講，對于剪力墻的縱向布置的原則是側(cè)向的剛度要從上到下逐漸減小，不應(yīng)該有剛度的沖突，剛度比應(yīng)該大于等于1.1，如果建筑的相鄰地層是結(jié)構(gòu)嵌固端的話，那么剛度比就應(yīng)該大于1.5 。接下來時(shí)剪力墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)建的設(shè)計(jì)原則。首先就是墻肢的設(shè)計(jì)。墻肢是剪力墻的重要受力部件，決定了側(cè)向剛度以及扭轉(zhuǎn)剛度。在設(shè)計(jì)墻肢的時(shí)候，首先要根據(jù)實(shí)際的受力情況要進(jìn)行間距、數(shù)量分配等方面的設(shè)計(jì)，從而使得墻肢分配到可承受的內(nèi)力。其次就是連梁的設(shè)計(jì)。連梁是連接墻肢之間的連系梁。連梁的跨度小但是高度大，因此，連梁的內(nèi)力就約束了墻肢的變形，從而使得剪力墻的整體更加穩(wěn)固。為了使得達(dá)到足夠的抗震能力，使剪力墻的受力更好，就應(yīng)該在連梁和框架梁的縱向鋼筋在錨固時(shí)無論是梁底鋼筋還是梁頂鋼筋深入支座的錨固長度都必須滿足抗震設(shè)計(jì)的最小錨固長度，箍筋加密區(qū)的長度及箍筋的直徑、間距及鋼筋等級、混凝土等級都要滿足抗震構(gòu)造要求。還有就是樓板的設(shè)計(jì)。為了使剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，對于樓板的設(shè)計(jì)就應(yīng)該注意。板中一般有鋼筋，雖然鋼筋的剛性很強(qiáng)，但是也要進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)建鋼量的控制。在高層建筑的剪力墻的樓板結(jié)構(gòu)中，要在確保安全的前提下將含鋼量控制在最低范圍內(nèi)，這樣，既使得樓板的結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，又大大減少了公司的成本。其次就是轉(zhuǎn)角洞口的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題?？梢栽谵D(zhuǎn)角窗的上下樓層以及轉(zhuǎn)交陽臺處設(shè)置梁與暗梁，在轉(zhuǎn)角洞口距離較近的地方要采用整墻肢，不要用短墻肢。除此之外，轉(zhuǎn)交洞口所在的樓層的樓板要特別加厚，從而加強(qiáng)洞口兩側(cè)墻肢的整體性。只有遵從剪力墻各個部分的設(shè)計(jì)原理，不應(yīng)該隨著設(shè)計(jì)者的主觀意識進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在實(shí)際剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題上，將理論與實(shí)際情況相結(jié)合，才能更好地優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在剪力墻的配筋問題上，需要特別注意，從而優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般梁的受力縱向鋼筋量范圍是0.35 – 1.5，非受力縱向鋼筋量大約是0.3；剪力墻的柱的受力總行鋼筋量范圍是0.5 – 1.5；墻體的含鋼量在0.35 – 0.5 之間，非受力縱向鋼筋量在0.35 – 0.5范圍內(nèi)；而樓板的縱向鋼筋量在0.35 – 0.6范圍內(nèi)。

2.3剪力墻在設(shè)計(jì)計(jì)算方面的優(yōu)化

對于剪力墻在設(shè)計(jì)計(jì)算方面的優(yōu)化更要注意。首先就是樓層最小建立系數(shù)的調(diào)整。在滿足短肢剪力承受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不超過40%的前提下 ，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)不小于規(guī)范限值。其次就是樓層的最大層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則。而且，剪力墻的布置宜多均勻長墻少短肢剪力墻，這樣就可以使剪力墻設(shè)計(jì)更合理、更經(jīng)濟(jì)。圍內(nèi)的樓層的最大層間最大位移與層高之比的話，就會導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形，抗震的能力大大下降。而剪力墻的長度更是不能大于八米，跨高比要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行調(diào)整，將連梁進(jìn)行塑性調(diào)幅，從而減低剪力墻的設(shè)計(jì)值。因此，樓層的最大層間最大位移與層高之比要處于規(guī)定正常的范圍之內(nèi)。

3.結(jié)束語

我國發(fā)達(dá)城市的高層建筑越來越多，對于剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就有更高的要求。雖然目前我國的高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還不是非常完善，但是相信隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，在建設(shè)工程的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題上一定會得到改善。

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作者簡介：黎燦坤（1985年12月-），男，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，工作單位：廣東省大成注建工程設(shè)計(jì)有限公司，510095