高層建筑結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

田紅潮 河北都邦石化工程設(shè)計有限公司

高層建筑結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

田紅潮 河北都邦石化工程設(shè)計有限公司

隨著人們生活水平的不斷提高，對居住舒適性要求也相應(yīng)的提高，特別是對住宅平面的要求越來越高。由于剪力墻結(jié)構(gòu)墻肢厚度可與填充墻厚度一致，平面就沒有像框架柱向房間內(nèi)凸出部分，能有效地提高了空間利用率。所以高層住宅中便越來越多的采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

高層住宅 剪力墻結(jié)構(gòu) 連梁

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)概念方案布置

剪力墻結(jié)構(gòu)概念方案布置是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要前提，方案布置的合理性與否對整個工程造價影響甚大，因此以下對剪力墻結(jié)構(gòu)布置作簡要分析。

剪力墻平面布置宜沿兩主軸方向雙向布置，盡量均勻、對稱布置，兩主軸方向剛度盡量相近。過于集中布置剪力墻可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度中心與荷載重心偏差較大，從而產(chǎn)生較為嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；過于分散布置剪力墻則會導(dǎo)致剛度分布不均勻及梁板跨度加大，一方面會增加結(jié)構(gòu)自重，加大地震作用效應(yīng)，從而增加工程造價；另一方面，剪力墻間距過大，以致某片墻承擔(dān)荷載過大，軸壓比加大從而影響剪力墻延性設(shè)計。還有結(jié)構(gòu)角部及結(jié)構(gòu)開洞后形成凹凸不規(guī)則均屬抗震扭轉(zhuǎn)薄弱部位，易產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形從而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)破壞。因此在考慮剪力墻的平面布置時，應(yīng)單獨對角部及開洞周圍進行局部加強。在平面角部盡量布置L 形墻肢，還可采設(shè)置端柱及轉(zhuǎn)角部位樓板中設(shè)置暗梁等構(gòu)造措施進行加強，以達到提高其扭轉(zhuǎn)剛度的目的。剪力墻豎向布置宜沿房屋高度通高布置、上下對齊、連續(xù)布置，墻厚及墻長沿高度宜均勻變化，以達到豎向剛度逐漸變小，從而能夠有效避免豎向剛度發(fā)生突變情況。這樣既經(jīng)濟又能滿足承載力、側(cè)向變形的要求。

因此剪力墻布置的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)合理性及經(jīng)濟性?，F(xiàn)如今結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的因素。如何在滿足安全的前提下，將有限的資源物盡其用，是值得我們結(jié)構(gòu)工程師所思考的問題。所以在剪力墻布置合理前提下盡量經(jīng)濟，節(jié)約成本，減少工程造價。對結(jié)構(gòu)的重點、關(guān)鍵部位或計算模型與實際情況有出入部位，至少采用兩種不同的結(jié)構(gòu)計算軟件進行分析計算，然后進行包絡(luò)設(shè)計且在構(gòu)造上給予加強。在概念方案布置前期，結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)與建筑師緊密配合，初步確定一個比較合理的布置方案，避免出現(xiàn)不規(guī)則或嚴(yán)重不規(guī)則的平立面，達到技術(shù)先進，安全適用、經(jīng)濟合理的設(shè)計方案，實現(xiàn)降低總體造價的目的。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)受力分析

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計有著自己的設(shè)計規(guī)則及原理。由于剪力墻通常情況下高度、寬度要比厚度大很多，因此其何特征像板， 但與板有很大的差別，板是按受彎構(gòu)件計算，剪力墻是按壓彎構(gòu)件計算。因此在進行其結(jié)構(gòu)設(shè)計分析時就需要考慮到其具體的設(shè)計差別。此外還包括剪力墻的肢長、墻厚度范圍有著自身的特性，因此當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比hw/tw ≤ 4 時，應(yīng)按框架柱結(jié)構(gòu)設(shè)計；當(dāng)hw/tw＞8 時為一般剪力墻；當(dāng)4 ≤ hw/ tw ≤ 8 時短肢剪力墻，這也是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則之一。剪力墻結(jié)構(gòu)是由一系列縱向、橫向剪力墻與梁、板所組成的空間結(jié)構(gòu)。其主要承受兩類荷載：一類是豎向荷載，豎向荷載主要是梁板傳來的恒載、活載、剪力墻身自重及豎向地震作用；另一類是水平荷載，主要為水平風(fēng)荷載和水平地震作用。剪力墻的內(nèi)力、變形分析包括承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)下分析。在承載能力極限狀態(tài)下，剪力墻在各種工況下不致破壞，能夠安全地承受重力荷載作用。在正常使用極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)耐久性也滿足設(shè)計要求。剪力墻的變形主要是彎曲變形，框架結(jié)構(gòu)的變形主要是剪切變形。

為了使剪力墻實現(xiàn)彎曲破壞的延性破壞模式，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》簡稱高規(guī)，規(guī)定墻長不宜大于8m。實際上影響剪力墻破壞模式的兩個主要因素是剪跨比和軸壓比，只要剪跨比＞2，且軸壓比不超過規(guī)范規(guī)定限值，能夠?qū)崿F(xiàn)延性的破壞模式。當(dāng)剪力墻墻長大于8m 時，盡量在墻中部開洞形成雙墻肢，通過弱連梁連接。這樣剪跨比一般也會大于2，即能滿足延性破壞的需求。在地震作用下通過連梁來耗能，連梁端部首先進入塑性變形，形成塑性鉸，這樣連梁起到第一道抗震防線的作用。

三、連梁設(shè)計

高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于開間不大或墻長較長時開洞后形成連梁，若兩墻肢之間出現(xiàn)跨高比較小的連梁時，在計算過程中，容易產(chǎn)生連梁抗剪超限的情況，通常有以下幾種解決方案：①增大截面，可以提高連梁自身的抗剪能力，但隨著連梁剛度增加相應(yīng)內(nèi)力也增加，其對抗剪能力的提高是有限的。在梁寬一定的情況下，通過加高連梁梁高的方法；在梁高一定的情況下，也可以通過加寬梁寬，加寬截面卻對連梁剛度的貢獻較小，僅為線性關(guān)系，使得抗剪力的提高值僅大于分擔(dān)剪力的增加值。②調(diào)整設(shè)計內(nèi)力，在增大連梁截面對提高抗剪能力沒有效果的情況下，可以通過人為的內(nèi)力調(diào)整，對連梁剛度進行折減，控制剪力分配比，解決連梁抗剪問題。最簡單的調(diào)控方法是在計算參數(shù)選取時，調(diào)整連梁剛度折減系數(shù)，僅對內(nèi)力配筋計算時才能采用。在整體計算及非地震荷載作用下，連梁剛度不予折減，這時連梁應(yīng)具備足夠的抗彎和抗剪承載能力，以滿足正常使用的要求。對于跨高比大于5 的連梁，應(yīng)按框架梁設(shè)計，且必須滿足框架梁各項要求。③也可設(shè)水平縫形成雙連梁、多連梁或采取其他加強受剪承載力的構(gòu)造措施，譬如設(shè)置交叉暗撐等措施來提高連梁抗剪承載力。

四、結(jié)語

隨著我國國民經(jīng)濟整體水平的持續(xù)提高和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展速度的持續(xù)加快，高層建筑將是現(xiàn)代建筑的主流。剪力墻結(jié)構(gòu)因側(cè)向剛度大，側(cè)向變形小等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于高層建筑中。所以掌握好剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點，把握好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計就會更加經(jīng)濟合理。因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原理有著清晰的理解，從而能夠在此基礎(chǔ)上通過不斷設(shè)計實踐的進行來促進我國建筑工程整體設(shè)計水平的有效提高。

[1]李捍文.剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2012（9）

[2]孫雪蘭.淺談高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].山西建筑.2010（8）