淺析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

王鴻德

摘要：建筑行業(yè)的快速發(fā)展，不止給我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)非常大的推動(dòng)作用，同時(shí)改善了人民的居住環(huán)境。在高層剪力墻結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)中怎樣發(fā)揮它具有的足夠的抗側(cè)能力等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，從建筑整體結(jié)構(gòu)計(jì)算、經(jīng)濟(jì)含鋼量等多方面探討了高層建筑 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)處理方法和措施，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，從而達(dá)到科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）06-0061-01

引言

建筑行業(yè)之所以能快速發(fā)展，離不開(kāi)國(guó)家的大力支持和扶持，

同時(shí)各行業(yè)的蓬勃發(fā)展也是使建筑行業(yè)快速發(fā)展的基石。剪力墻結(jié) 構(gòu)對(duì)于高層建筑性能提升有著很大的促進(jìn)作用，但在剪力墻的應(yīng)用 中還存在很多不足，所以需要將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)做好。

1 關(guān)于高層剪力墻的概念概述

剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于我國(guó)高層建筑墻體結(jié)構(gòu)中，它主要是通

過(guò)混凝土和鋼筋對(duì)建筑設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)作為整體建筑的構(gòu)件，要 契合建筑的整體布局，滿(mǎn)足建筑的平面結(jié)構(gòu)，還具有抗震、抗風(fēng)、 承重的能力。高層建筑的剪力墻中有許多的承重柱，讓建筑物內(nèi)部 簡(jiǎn)潔美觀，這樣使得內(nèi)部的活動(dòng)空間變得更大，房屋使用者可以最 大限度地根據(jù)自己的要求對(duì)內(nèi)部空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足自身需求。

2 高層建筑中剪力墻的應(yīng)用評(píng)價(jià)

在高層建筑中，抗震性能是決定建筑質(zhì)量的重要因素，因此，

需要有效控制建筑物在地震水平荷載作用下產(chǎn)生的橫向位移量，該 情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，如何進(jìn)行剪力墻受力分析和 結(jié)構(gòu)計(jì)算，成為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的熱議課題。剪力墻結(jié)構(gòu)具有整體性 良好、側(cè)向剛度大，同時(shí)在水平力作用下位移量小的優(yōu)點(diǎn)，由于沒(méi) 有梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，有利于建筑物內(nèi)部空間的布局設(shè)計(jì)。隨著建 筑物高度不斷升高，在地震等外力作用下，建筑物產(chǎn)生的橫向位移 量會(huì)越來(lái)越大，剪力墻結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生扭曲形變，在以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中，大都將剪力墻簡(jiǎn)化成具有等效剛度的桿件，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn) 行內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其需要注意剪力墻在和樓面連接處的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該采取有效地控制措施，提升整體穩(wěn)定性。

3 剪力墻的分類(lèi)

①實(shí)體墻。實(shí)體墻一般情況下墻體不開(kāi)洞，或者開(kāi)洞的尺寸非

常小。實(shí)體墻墻體抗彎曲的能力非常好，不會(huì)發(fā)生反彎現(xiàn)象，其負(fù) 荷能力比較強(qiáng)；②整體小開(kāi)口剪力墻。當(dāng)剪力墻上所開(kāi)的洞口面積 超過(guò)整面墻體面積的 15%時(shí)，從受力圖中能看出本應(yīng)在洞口處呈直 線(xiàn)狀的正應(yīng)力已經(jīng)變成在洞口兩側(cè)，此種情形雖然不會(huì)使剪力墻產(chǎn) 生異常情況，但是在連梁處有反彎現(xiàn)象；③多肢剪力墻。多肢剪力 墻墻體開(kāi)洞的尺寸比較大，其開(kāi)洞的地方分布的也比較均勻，墻體 結(jié)構(gòu)和整體小開(kāi)口剪力墻比較類(lèi)似；④壁式框架剪力墻。剪力墻上 洞口開(kāi)得過(guò)大，剪力墻截面整體性將受到破壞，除梁柱的交接處不 產(chǎn)生變形外，剪力墻此時(shí)已接近于框架的內(nèi)力分布，成為剪力墻與 框架之間的一種過(guò)渡，即壁式框架。

4 淺析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)含鋼量

隨著我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的高度越來(lái)越高，高層建筑結(jié)構(gòu)采用剪力墻

形式已經(jīng)不是新鮮事務(wù)。經(jīng)過(guò)我國(guó)多年的設(shè)計(jì)及成功的施工經(jīng)驗(yàn)累 計(jì)，對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件適宜的含鋼量已經(jīng)有了一些數(shù)據(jù)上 的統(tǒng)計(jì)。依據(jù)這些含鋼量的指標(biāo)可以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性起到一定 的指導(dǎo)作用。

4.2剪力墻結(jié)構(gòu)的適宜方案

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案有多種選擇，選擇適宜的結(jié)構(gòu)形式，不僅

能保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，而且能大幅度的降低工程造價(jià)。在設(shè)計(jì)方 案及初步設(shè)計(jì)階段正確地選擇建筑的結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件的截面及采 用的材料，對(duì)整個(gè)建筑的經(jīng)濟(jì)性影響是相當(dāng)大的。選擇較為合適的結(jié) 構(gòu)體系，可以在方案階段總體控制成本。同時(shí)由于上部使用功能的差 別，構(gòu)件截面類(lèi)型也會(huì)有差異，從而導(dǎo)致成本差異。因此必須在方案 設(shè)計(jì)階段確定適宜的結(jié)構(gòu)形式。層數(shù)較?。ū热?20層以下）的高層住 宅，可采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。20 層以下的高層住宅采用傳統(tǒng)的 現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，各墻肢軸壓比計(jì)算值往往較小，墻體配筋為構(gòu)造配 筋，墻體承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，工程費(fèi)用較高，這時(shí)若采用短 肢剪力墻結(jié)構(gòu)，以上不足之處就可以得到解決。在7度區(qū)，20層以下 的高層住宅采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移、周期、水平地震剪 力一般可控制在合理的范圍內(nèi)。采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，由于合理地將一部分鋼筋混凝土墻置換成磚墻或其他砌體，使得結(jié)構(gòu)自重減輕，將 偏大的結(jié)構(gòu)剛度降下來(lái)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)減少，工程費(fèi)用降低，還增加 了結(jié)構(gòu)的延性，使結(jié)構(gòu)的抗震性能提高。

4.3剪力墻定位

如果平面的布置控制工作沒(méi)有做好，則會(huì)導(dǎo)致平面不夠均勻或

者對(duì)稱(chēng)不接近標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，進(jìn)而造成剪力墻的結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度與力作用重 合偏差較大，最終會(huì)導(dǎo)致彎矩現(xiàn)象，墻體扭矩的狀況。因此，對(duì)于 剪力墻的定位，需要按照估算好的數(shù)值、劃線(xiàn)定位，保持平面的均 勻與對(duì)稱(chēng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍，同時(shí)，內(nèi)外墻體需要直通，墻體直截而保持 簡(jiǎn)且有規(guī)則。

4.4承重設(shè)計(jì)

對(duì)剪力墻的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于高質(zhì)量完成建設(shè)任務(wù)，剪力墻

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在充分了解相關(guān)政策和施工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行 剪力墻的各個(gè)承重構(gòu)件設(shè)計(jì)，確保建筑整體質(zhì)量和承重能力。在對(duì) 剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，還需要對(duì)原有的技術(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，

準(zhǔn)確計(jì)算墻體的配筋率。 4.5約束邊緣構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，約束剪力墻邊緣構(gòu)件對(duì)其進(jìn)行處理可以使 剪力墻在相同條件下發(fā)揮更大的作用。由約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣 構(gòu)件這兩種方式構(gòu)成了剪力墻的約束邊緣構(gòu)件處理，各有優(yōu)缺點(diǎn)， 綜合比較來(lái)看，構(gòu)造邊緣構(gòu)件在建筑承載力上有更好的表現(xiàn)，而有 約束邊緣構(gòu)件則在抗震性和穩(wěn)定性上優(yōu)于構(gòu)造邊緣構(gòu)件，所以應(yīng)按 具體項(xiàng)目具體需要進(jìn)行選擇。

4.6優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)配筋

剪力墻配筋控制對(duì)建筑物主體造價(jià)起著關(guān)鍵性的作用。通過(guò)以

往高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比，一般的剪力墻配筋幾乎都是按規(guī)范 規(guī)定的最小配筋率構(gòu)造配筋，所以控制剪力墻厚度，可以有效地控 制剪力墻墻身鋼筋用量。選擇優(yōu)質(zhì)的材料是進(jìn)場(chǎng)前第一步要做好的 工作，鋼筋材料的選擇是至關(guān)重要的，各種合格證明一定要檢查清 楚。合格的鋼筋才能進(jìn)入施工場(chǎng)地。剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋選擇要滿(mǎn)足 工程測(cè)算和建議標(biāo)準(zhǔn)的材料，將水平鋼筋安置在外側(cè)，垂直鋼筋安 置在內(nèi)側(cè)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少建筑成本。

4.7優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)

在高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁是一項(xiàng)關(guān)鍵的耗能構(gòu)件，連梁常被

稱(chēng)為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的“保險(xiǎn)絲”，它可以起到耗散地震能量的作用。 所以一定要優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的設(shè)計(jì)，連梁的強(qiáng)剪弱彎應(yīng)該反復(fù) 多次驗(yàn)算，確保高層建筑在修建完畢后連梁的彎曲破壞比剪切破壞 晚。除此之外，在實(shí)際施工過(guò)程中也不能隨意加大連梁縱筋和箍筋， 前者會(huì)導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足“強(qiáng)剪弱彎”的要求，后者會(huì)導(dǎo)致剪切破壞提 前發(fā)生。例如：當(dāng)連梁的跨高比大于 5 時(shí)，剛度不能減少，需要按 照框架梁的要求設(shè)計(jì)施工，此時(shí)可將跨高比為增加至 6，解決剛度 不減少導(dǎo)致剪力過(guò)大的情形，還可以減少鋼筋混凝土的使用量，從 而減少投資成本。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，剪力墻結(jié)構(gòu)憑借良好的可操作性在高層建筑中得到廣泛

應(yīng)用，為更好發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的作用，還需要做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須進(jìn)行整體的布局考慮，結(jié)合建筑物特點(diǎn)， 完善剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行合理的分析與計(jì)算，從而確保能夠從根 本上發(fā)揮剪力墻整體效用，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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