高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

劉 勇

湖北蒲紡建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

劉 勇

湖北蒲紡建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司

對(duì)于高層建筑而言，其具有結(jié)構(gòu)自由度和分析量大等特點(diǎn)。剪力墻作為建筑墻體設(shè)計(jì)過程中比較常用的方式，可以起到非常好的牢固性作用。在剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，對(duì)上層砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。在高層建筑中，要合理地進(jìn)行承重設(shè)計(jì)才能保證整體建筑的安全，為了達(dá)到這一目的，混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中被普遍應(yīng)用。為了提高建筑質(zhì)量，使高層建筑的安全系數(shù)得到明顯提高，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)揮著重要的作用。

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

前言

高層建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用，一方面應(yīng)當(dāng)緊跟建筑物布局，另一方面要滿足建筑平面結(jié)構(gòu)建設(shè)要求。事實(shí)上，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中只是組成構(gòu)件，具有抗風(fēng)、抗震和荷載力傳到等功能，可以作為高層建筑的隔離墻，在高層建筑中是非常重要的承載體。

1　工程概況

某建筑B1住宅樓的基本情況列舉如下：建筑總面積達(dá)到5102m2，建筑物總長(zhǎng)度達(dá)到47.2m，寬度為16.0m，房屋總高度為32.1m。建筑分為地上與地下部分，地下層高為3.8m，地上總共設(shè)置了十層，除了地上一層高度為4.2m，其余全部為3.1m。該建筑抗震設(shè)防烈度為硼度，而且地震加速度為0.2g，建筑物安全等級(jí)劃分為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，剪力墻防震等級(jí)為二級(jí)。

2　剪力墻結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

此建筑中剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一致統(tǒng)一的原則，整體布局基本協(xié)調(diào)，其中屋面層部位有部分突出現(xiàn)象。在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)豎向剛度主要是進(jìn)行分段式改變結(jié)構(gòu)的尺寸以及調(diào)整混凝土的強(qiáng)度等級(jí)加以實(shí)現(xiàn)的。為了使建筑質(zhì)量保持相互協(xié)調(diào)，給施工人員的施工帶來一定的便利，調(diào)整的次數(shù)應(yīng)盡可能地少，但單從結(jié)構(gòu)受力方面來考慮，若調(diào)整次數(shù)太少的話則會(huì)使得剛度突變的程度較大，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)。設(shè)計(jì)人員通過綜合權(quán)衡后，將混凝土強(qiáng)度等級(jí)的調(diào)整與結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的改變分開進(jìn)行施工，這樣可防止剛度變化的過分集中。若采取此種結(jié)構(gòu)布局，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)從上到下逐級(jí)遞增，可提高建筑物的抗震等級(jí)。

3　剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)比分析

通過對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大增強(qiáng)了施工的成效性，為了便于研究人員對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)與完善，需要對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)與原有設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合比對(duì)，具體表現(xiàn)如下：①樓層的側(cè)移剛度。在剪力墻所包含的眾多內(nèi)容中，樓層側(cè)移是最為關(guān)鍵的部分。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)使得剪力墻施工中材料比之前節(jié)省了很多，側(cè)移剛度的特性與原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，質(zhì)量安全均達(dá)標(biāo)。②樓層之間位移角的比對(duì)分析。在對(duì)該方面進(jìn)行比對(duì)時(shí)，主要依據(jù)的是相關(guān)規(guī)范管理?xiàng)l例進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)照的，對(duì)前后兩者之間建筑物質(zhì)量方面進(jìn)行權(quán)衡。③地震反應(yīng)力與減震比之間的有效比對(duì)。④周期比的比對(duì)分析。通過以上四個(gè)層面的綜合比對(duì)，得知建筑結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，高層建筑的質(zhì)量不僅得到了顯著地提升，而且在滿足相關(guān)施工要求的基礎(chǔ)上，也可為企業(yè)節(jié)省一定的費(fèi)用。

4　剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

4.1優(yōu)化墻體的配筋設(shè)計(jì)

在對(duì)墻體配筋部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意挑選性價(jià)比較高的材料。材料對(duì)施工質(zhì)量有著直接的影響性，若在施工中劣質(zhì)材料過多或者質(zhì)量不符合要求的材料進(jìn)行施工，無疑會(huì)加大施工的難度，也使質(zhì)量得不到有效保障。因此材料的選擇很關(guān)鍵，在眾多的材料中鋼筋材料是首選。在購(gòu)買鋼筋時(shí)，要從正規(guī)的生產(chǎn)廠家處購(gòu)買，施工人員需對(duì)所購(gòu)買的鋼筋進(jìn)行全面檢查，確保無誤后方可進(jìn)行施工區(qū)域。在剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋中，通常水平鋼筋應(yīng)置于外側(cè)，而垂直鋼筋置于內(nèi)側(cè)，這主要是由于地下水壓的不均衡而造成的。按照相關(guān)要求所制定的剪力墻設(shè)計(jì)，在滿足施工要求的基礎(chǔ)上，能夠盡可能地節(jié)省成本費(fèi)用，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2重視轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著人們生活水平的不斷提高，在物質(zhì)生活得到滿足的同時(shí)，對(duì)精神層面的需求也在不斷加大，對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)理念以及使用功能上有了一定的要求。一般而言，高層建筑的上層與下部的使用功能也是不盡相同的，所以，在結(jié)構(gòu)布置方面也應(yīng)采取一定的變化，設(shè)置轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)以滿足設(shè)計(jì)需求。若轉(zhuǎn)換在高空進(jìn)行實(shí)施的話，則不僅會(huì)加大工作難度而且也比較危險(xiǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)施工人員應(yīng)提高警惕，引起足夠的重視。因?yàn)楦呶晦D(zhuǎn)換時(shí)會(huì)受到多方面因素的影響，適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)換層的剛度比則顯得尤為重要，而且轉(zhuǎn)換層的剛度與質(zhì)量要處于可控范圍內(nèi)，借助水平力的作用使得轉(zhuǎn)換層之間的位移角處于均勻狀態(tài)。通過計(jì)算對(duì)轉(zhuǎn)換層中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行有效比對(duì)，找出內(nèi)力分配特征，尋求有效的解決策略對(duì)薄弱區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化，提高其穩(wěn)定性。

4.3剪力墻結(jié)構(gòu)的均衡設(shè)計(jì)

在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)均衡設(shè)計(jì)過程中，切勿盲目進(jìn)行施工，而應(yīng)由專業(yè)人員經(jīng)過全方位協(xié)商后提出有效的解決策略，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的受力處于均勻狀態(tài)，這樣做一方面可增強(qiáng)施工的安全等級(jí)，另一方面，也能在滿足施工要求的基礎(chǔ)上盡可能地節(jié)省開支。剪力墻結(jié)構(gòu)的科學(xué)有效設(shè)計(jì)，可通過建筑物的平面布局加以完成，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析，尋求最優(yōu)化的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。此外為了確保后續(xù)施工的順利實(shí)施，制定出切實(shí)可行的安全管理?xiàng)l例，也是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。做好日常的監(jiān)督與管理工，強(qiáng)化施工人員的責(zé)任意識(shí)，用嚴(yán)格的制度去約束施工人員在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求有效施工，增強(qiáng)施工的成效性。

4.4底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)優(yōu)化

建筑工程中，底部也是一個(gè)薄弱區(qū)域，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化處理。底部加強(qiáng)部位的高度，可根據(jù)墻肢總高度的一定比例并結(jié)合底部?jī)蓪痈叨戎g的距離進(jìn)行綜合權(quán)衡。對(duì)帶有轉(zhuǎn)換層的底部建筑物結(jié)構(gòu)來說，剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度，主要由框支加上框支層高度的一定比例來決定的。如果地下室頂板作為嵌固部位，則地上樓層將是地震作用最明顯的部位，地上樓層的作用必然會(huì)帶動(dòng)地下一層的波動(dòng)，因此地下一層的抗震等級(jí)也應(yīng)符合相應(yīng)的要求進(jìn)行有效施工，提高其強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高層建筑中的使用非常廣泛，是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)體系在建筑方面具有更高的可操作性，而且在質(zhì)量上也有可靠的保證。所以為了更好地利用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，使得剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)得到更大地發(fā)揮，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，掌握好各種因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理布置和方案的設(shè)計(jì)實(shí)施。

［1］石小燕.高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之探討［J］.建筑科學(xué)， 2012， 28（7）.

［2］孫文麗.基于最優(yōu)抗側(cè)剛度的高層剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析［D］.青島理工大學(xué)， 2014.