高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與剪力墻設(shè)計(jì)分析

左光輝（河南省朝陽建筑設(shè)計(jì)有限公司，河南省鄭州市450000）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與剪力墻設(shè)計(jì)分析

左光輝（河南省朝陽建筑設(shè)計(jì)有限公司，河南省鄭州市450000）

現(xiàn)今隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國建筑行業(yè)的規(guī)模不斷的擴(kuò)大，高層建筑快速的發(fā)展起來，是城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要內(nèi)容，高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與一般的建筑不同，其中剪力墻的設(shè)計(jì)是高層建筑的重要內(nèi)容，以下就針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及剪力墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而提高整體建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)；剪力墻；設(shè)計(jì)分析

1 引言

隨著新時(shí)期經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國高層建筑的規(guī)模不斷的擴(kuò)大，城市土地資源的緊張，使得高層建筑層出不窮，在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也更加的復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與剪力墻的設(shè)計(jì)都與低層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的整體受力狀況也更加的復(fù)雜，所以在實(shí)際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)多方面對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)剪力墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際的施工建設(shè)，本文就對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與剪力墻設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的分析與研究。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

高層建筑與低層建筑相比，具有較多的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只有了解高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，才能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)特點(diǎn)的分析，以下就對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)所具備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行闡述分析：

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)對(duì)整體延伸性以及抗震要求更高

高層建筑結(jié)構(gòu)具有其特有的延伸特點(diǎn)，與普通的低層建筑相比，高層建筑的結(jié)構(gòu)更加具有流線與柔軟性，一旦受到外力的強(qiáng)破壞作用，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形，這是高層建筑結(jié)構(gòu)的延性特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)施工過程中，要提高建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力，使其具備良好的抗變形性能，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要尤其將頂部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整變化，提高整體結(jié)構(gòu)的延性。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要保證設(shè)計(jì)的延性，從而提高整體建筑的安全穩(wěn)定性。地震具有較高的未知性與復(fù)雜性，在進(jìn)行理論的額計(jì)算與分析時(shí)往往會(huì)與實(shí)際出現(xiàn)偏差，所以但高層建筑結(jié)構(gòu)到達(dá)彈塑性階段時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損失，在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)要求更高的抗震要求。

2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移與變形特點(diǎn)

高層建筑隨著層數(shù)與高度的增加，水平荷載會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較大的側(cè)移變形，并且側(cè)移的速度很快，因此結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑設(shè)計(jì)的重要控制因素，在水平荷載的作用下，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該認(rèn)識(shí)到側(cè)移的控制因素，將高層建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)，在水平荷載作用下，周邊墻體的軸壓應(yīng)力一般都大于中部墻體，變形程度也就更大，當(dāng)建筑逐漸升高到一定范圍時(shí)，若是沒有控制好水平向的側(cè)移與變形，就會(huì)埋下較大的安全隱患，所以在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到側(cè)移的影響，使其在科學(xué)的設(shè)計(jì)計(jì)算下控制在合理的范圍內(nèi)，保障建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要特點(diǎn)，水平荷載是物體在水平方向上的作用力，在高層建筑結(jié)構(gòu)上，就會(huì)導(dǎo)致整體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)部的變形，一般高層建筑自重和樓面的水平荷載會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生彎矩以及軸力，其中的數(shù)值與建筑物的高度成一次方的正比。水平荷載對(duì)高層建筑產(chǎn)生的傾覆力矩，和對(duì)豎直構(gòu)件產(chǎn)生的軸力，都與建筑物的高度成二次方的正比，建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載大小與樓層的高度，自重，軸向作用力等都有著密切的關(guān)系，水平荷載是高層建筑設(shè)計(jì)的決定要素。

3 高層建筑的基本結(jié)構(gòu)分析

高層建筑的基本結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)分析時(shí)，有幾個(gè)比較重要的要點(diǎn)，比如高層建筑結(jié)構(gòu)的變形分析，高層建筑結(jié)構(gòu)的樓板剛性，以及整體高層建筑結(jié)構(gòu)的圖形計(jì)算等，以下進(jìn)行分析：

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的變形分析

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往要根據(jù)具體的高層建筑特點(diǎn)進(jìn)行分析，高層建筑會(huì)發(fā)生小變形，所以在設(shè)計(jì)分析時(shí)，首先要做的就是對(duì)高層建筑變形的計(jì)算與假設(shè)，這就涉及到了建筑結(jié)構(gòu)的非線性幾何知識(shí)，我們要嚴(yán)格的按照規(guī)范的建筑設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，根據(jù)高層建筑的高度變化與水平側(cè)移的變化，考慮到整體的結(jié)構(gòu)變形可能性與具體的范圍假定。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要重視對(duì)結(jié)構(gòu)變形的計(jì)算與分析，保證建筑結(jié)構(gòu)變形維持在可控制的范圍內(nèi)，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)的樓板剛性分析

高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到整體樓板的剛性大小，我們要把樓板的剛度認(rèn)為是最大程度，在這個(gè)無限大的前提下，建筑結(jié)構(gòu)的位移是可以控制在較小范圍內(nèi)的，采用此種計(jì)算的方法可以簡化步驟與程序。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，要考慮到整體建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，特別是剪力墻對(duì)于樓板剛性的適用情況，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到實(shí)際的情況，保障建筑的質(zhì)量。

3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的整體圖形計(jì)算分析

高層建筑結(jié)構(gòu)的在設(shè)計(jì)分析時(shí)，必不可少的就是對(duì)圖形的計(jì)算，可以結(jié)合不同維度的方法進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)分析，當(dāng)對(duì)建筑的一維模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要考慮到組成構(gòu)件的變形大小，從而進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整，將整體的建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€(gè)水平方向上的結(jié)構(gòu)，采用一維的計(jì)算圖形方法可以簡化結(jié)構(gòu)的計(jì)算。而二維的圖形計(jì)算就是要考慮到抗側(cè)力的變化與大小還要考慮到樓層面的各個(gè)抗側(cè)力引起的變形問題，這些都可以利用二維的計(jì)算方法進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算。

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最科學(xué)也是最全面的圖形計(jì)算方法就是三維空間的計(jì)算，這種計(jì)算方法比較復(fù)雜，在前兩個(gè)計(jì)算方法的前提上，不僅僅要考慮到各個(gè)組成部分的抗側(cè)力大小與水平面上的剛度，還要考慮到整個(gè)樓層的位移與變形特點(diǎn)，完善整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)三維空間的設(shè)計(jì)與分析，控制好每一個(gè)節(jié)點(diǎn)與截面，從而保障建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻設(shè)計(jì)是施工設(shè)計(jì)中最常見的一種結(jié)構(gòu)，剪力墻可以承擔(dān)較大的荷載壓力，還具備抵抗變形的能力，采用剪力墻可以降低材料的使用，還可以合理的布置建筑室內(nèi)的空間分布，剪力墻施工技術(shù)可以將墻體之間進(jìn)行分隔，具有較高的實(shí)用價(jià)值。高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻設(shè)計(jì)分析主要包括以下幾點(diǎn)：

4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置分析

在高層建筑在整體結(jié)構(gòu)的主軸方向上進(jìn)行雙向的布置，這樣具備空間的特點(diǎn)，在研究結(jié)構(gòu)抗震性能時(shí)，不要將剪力墻布置在單向的位置，要使剪力墻的剛度實(shí)現(xiàn)雙向接近。一般在布置剪力墻的平面時(shí)，要注意均勻性，周邊以及對(duì)稱性，，保證數(shù)量的合適，若是較少，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不符合要求，過多將很難充分利用墻體的優(yōu)勢，使得剛度太大，不利于整體高層建筑發(fā)揮結(jié)構(gòu)的性能，造成成本的浪費(fèi)。

4.2 布置墻肢的截面

在布置剪力墻的墻肢截面時(shí)，要保證均勻規(guī)則，墻肢的豎向剛度要符合要求，在布置門窗時(shí)也要上下對(duì)齊，避免出現(xiàn)偏差導(dǎo)致墻肢布置的不均勻，若是出現(xiàn)差錯(cuò)，就要根據(jù)彈性的有限元分析法分析應(yīng)力的大小，然后根據(jù)根據(jù)應(yīng)力的大小對(duì)墻肢的配筋進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與糾正，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)要最受規(guī)定要求，并且在低下與地上的1～3層進(jìn)行底部的加強(qiáng)。

4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意厚度與配筋的使用

剪力墻在水平方面要進(jìn)行配筋的設(shè)計(jì)，要注意橫向的抗剪力，防止出現(xiàn)斜向上的裂縫導(dǎo)致墻體出現(xiàn)脆性的損壞。此外剪力墻在豎直方向上的配筋是為了提高抗彎能力，豎直方向上的配筋比率應(yīng)該包括約束邊緣的構(gòu)件配筋，而剪力墻的墻肢配筋也要布置在邊緣區(qū)域，水平的配筋率與豎直的配筋率不能低于0.25%，要保證二者之間的距離在300mm之內(nèi)。

剪力墻自身結(jié)構(gòu)就具有強(qiáng)度與剛度，是為了保證連梁與墻體之間的協(xié)調(diào)性，連梁可以提高剪力墻結(jié)構(gòu)的剛性，從而緊密連接墻體與墻肢。我們在設(shè)計(jì)與計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要折減連梁的剛度，規(guī)定折減度要大于0.5，取值的范圍要控制在0.5～1.0之間，折減厚度剛度若是存在截面結(jié)構(gòu)的彎折就要降低連梁的高度，從而滿足結(jié)構(gòu)的而要求。

對(duì)于剪力墻的邊緣結(jié)構(gòu)來說，邊緣結(jié)構(gòu)的無約束力截面要比約束力截面的承受力少2/5，在選擇剪力墻邊緣結(jié)構(gòu)的是否約束性，要根據(jù)具體的承載能力與軸壓比來決定。

5 結(jié)束語

總之，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到整體建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的分析與研究，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

TU974

A

2095-2066（2016）05-0140-02

2016-1-1