高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個問題的探討

文/ 陳澤志 桂林市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會 桂林市房屋安全鑒定管理處 廣西桂林 541001

高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個問題的探討

文/ 陳澤志 桂林市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會 桂林市房屋安全鑒定管理處 廣西桂林 541001

剪力墻具有較強(qiáng)的抗震性和剛性等特點，其可以在實際工程建設(shè)過程有效保障整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性和質(zhì)量要求，剪力墻結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用在各種工程施工。因此實際工程設(shè)計應(yīng)根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化設(shè)計。本文主要對高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題進(jìn)行分析探討。

高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.剪力墻的概念

剪力墻是實際建筑工程中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)墻﹑抗風(fēng)墻和結(jié)構(gòu)墻。剪力墻是可有效承受風(fēng)或地震等導(dǎo)致的相關(guān)荷載，保障建筑物安全性和剛度的墻體，剪力墻優(yōu)點在于良好的抗震性和剛度。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，墻體的長度和高度應(yīng)相對較大，而寬度則相對較小并采用鋼筋混凝體整體澆筑方法。建筑設(shè)計方和施工方為滿足人們對居住住房和辦公樓的安全穩(wěn)定性要求，已在建筑設(shè)計和施工過程中廣泛的使用剪力墻，以提高和優(yōu)化其整體建筑物的建筑施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。目前，許多建筑企業(yè)已采用剪力墻取代傳統(tǒng)建筑施工中使用的梁柱。剪力墻結(jié)構(gòu)的受力情況與梁柱相當(dāng)，但是剪力墻結(jié)構(gòu)其穩(wěn)定性更好，同時降低墻體的承受能力，保證建筑物整體的質(zhì)量和安全性。

2.剪力墻的結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)置方向不同，剪力墻可包括以下兩類墻體，首先是平面剪力墻，該墻體通常應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)和無梁樓蓋的建筑工程中，為了提高平面剪力墻的抗震性和剛度要求，在實際建筑施工中，常使用現(xiàn)澆或預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻，這種剪力墻結(jié)構(gòu)與周圍梁柱進(jìn)行同步澆筑，保證建筑整體性良好。其次是筒體剪力墻，該墻體常應(yīng)用在高層建筑和懸吊結(jié)構(gòu)中，這種筒體剪力墻主要為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，與平面剪力墻相比，其剛度和強(qiáng)度的水平荷載較高。

根據(jù)開洞情況和尺寸分類，剪力墻可包括以下4類：首先是實體墻，實體墻的基本標(biāo)準(zhǔn)是墻體不開洞或開洞尺寸相當(dāng)較小。這類墻體的抗彎曲性能好，未出現(xiàn)反彎現(xiàn)象，有效荷載大。其次是整體小開口剪力墻，這類墻體的洞口尺寸略大并在墻肢部位產(chǎn)生局部彎矩情況。接下來是多肢剪力墻，這類墻體開洞尺寸相對較大或開洞位置成均勻分布，該墻體結(jié)構(gòu)與整體小開口剪力墻差異性較小。最后是壁式框架剪力墻，其他三類剪力墻相比，其墻體開洞尺寸較大，其整體結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)的相似度很高，同時其剛度和反彎點性能較好。除實體墻外的其他三類墻體均需開洞。根據(jù)這四類剪力墻特點，建筑設(shè)計人員可根據(jù)實際設(shè)計要求對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對建筑結(jié)構(gòu)和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。

二、框架剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計分析

實際工程中，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計可歸納為以下4點：首先是剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計過程中，應(yīng)考慮建筑物的抗震性﹑抗風(fēng)性和剛度實際需求，并需對存在的缺陷進(jìn)行合理改進(jìn)，如剪力墻結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的剪切變形情況，這些問題會使得剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計對結(jié)構(gòu)優(yōu)化未能達(dá)到設(shè)計要求。因此在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，特別是剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)以實際建筑要求和特點進(jìn)行優(yōu)化，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計的有效性。其次是確保建筑物質(zhì)量的基礎(chǔ)上，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證相應(yīng)投入成本的有效控制，優(yōu)化設(shè)計中采用的新材料﹑技術(shù)和方法應(yīng)根據(jù)實際工程成本進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保建筑資金運用的合理性和有效性。接下來是剪力墻設(shè)置數(shù)量的合理控制，剪力墻設(shè)置的目的是承受建筑物的水平荷載和保證整體建筑物的安全穩(wěn)定性。如剪力墻的數(shù)量過量，則使得建筑物的重量增加，導(dǎo)致抗震性能的降低。最后是平面布置問題，剪力墻平面布置應(yīng)考慮豎向和水平的荷載，以降低荷載和有效實現(xiàn)墻體作用最大化的目的，剪力墻需根據(jù)建筑設(shè)計的主要軸線進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，并保證設(shè)置數(shù)量的合理性。

三、高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點原則

1.剪力墻平面內(nèi)外承載力及剛度適當(dāng)

工程設(shè)計應(yīng)注重剪力墻平面內(nèi)外承載力及剛度適當(dāng)?shù)脑瓌t，應(yīng)保證剪力墻平面外承載力及剛度較小，而平面內(nèi)承載力及剛度則相對較大。實際建筑施工過程中，梁與平面外方向的剪力墻的連接方式為單側(cè)連接，這常會導(dǎo)致墻肢平面外彎矩，但常規(guī)的設(shè)計施工對墻的平面外的承載力及剛度實際驗算量不足，除了特殊設(shè)計施工需求，通常不要采用平面外單側(cè)連接方式，當(dāng)使用平面外單側(cè)連接方式，應(yīng)采用合理改進(jìn)方法，保證剪力墻平面外穩(wěn)定性。

2.樓層間剪力系數(shù)最小

實際工程施工過程，應(yīng)保證各樓層間的剪力系數(shù)最小的原則，有效降低建筑物重量，防止建筑物的抗震性降低進(jìn)而引起嚴(yán)重安全隱患的問題，建筑設(shè)計方和施工方根據(jù)短肢剪力墻承受力矩的大小，實際調(diào)整樓層間剪力系數(shù)達(dá)到最小值，并保證建筑物質(zhì)量的前提下，合理減少剪力墻的數(shù)量，對剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度進(jìn)行適當(dāng)加固，這可以有效降低整個建筑工程的建設(shè)成本和資源浪費，在合理范圍內(nèi)擴(kuò)大建筑各方和建筑用戶的經(jīng)濟(jì)利益。

3.樓層間位移最大化與層高比

在建筑設(shè)計過程中，應(yīng)實際調(diào)整樓層間位移和層高比，以保證樓層間位移最大值和層高比原則。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計位移計算沒有加入建筑結(jié)構(gòu)變形因素，其位移計算關(guān)鍵點是樓層間的彎曲變形情況，而通常樓層間發(fā)生的彎曲變形主要是扭轉(zhuǎn)和剪切，就剪切變形而言，其主要受建筑結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件影響。豎向構(gòu)件應(yīng)根據(jù)實際建筑情況進(jìn)行有效調(diào)整，保證數(shù)量適中，保證樓層間不會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形或變形程度較小。因此實際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工過程中，應(yīng)重點對樓層間位移最大化與層高比進(jìn)行實時監(jiān)測，以降低扭轉(zhuǎn)變形，進(jìn)而提升整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性和剛度。

結(jié)語：

未來高層建筑將會涌現(xiàn)更多，而高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也將會變得更加廣泛。盡管尚且存在著一些缺點，但是剪力墻因為具有良好的穩(wěn)定性﹑抗壓性﹑抗震性，依然是一種很好的選擇。在結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，剪力墻結(jié)構(gòu)也必然會有越來越多的應(yīng)用。

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