高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計中的問題探討

王健

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西西安710100）

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計中的問題探討

王健

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西西安710100）

隨著時代的進步以及科技的不斷發(fā)展，我國的建筑行業(yè)也得到了十分迅猛的發(fā)展，而建筑面積的增加也使得高層建筑成為我國建筑工程發(fā)展的重要趨勢.在這樣的背景下，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)受到了社會各界的廣泛關(guān)注，在高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，剪力墻結(jié)構(gòu)是十分重要的組成部分，能夠?qū)Φ膽?yīng)力進行有效的傳導(dǎo)，但是，耦合強度、延性等都會對剪力墻的性能造成一定的影響，因此，本文從實際出發(fā)，結(jié)合筆者的實際工作經(jīng)驗，就高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計當(dāng)中的相關(guān)問題展開了探討.

高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；連梁設(shè)計；問題

為了能夠?qū)Ω邩谴髲B的整體結(jié)構(gòu)功能進行滿足，并使其能夠更加的豐富多樣，設(shè)計師就需要利用剪力墻的體系來對建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進行分析以及設(shè)計.實際上，由于水平力作用，往往會使得高層建筑中連梁的內(nèi)力不斷增大，不管使用什么方法來對內(nèi)力進行降低，都難以使得連梁截面符合需求.又因為對統(tǒng)一的標準膠缺乏，設(shè)計師往往需要根據(jù)自己的經(jīng)驗來進行實際的設(shè)計，如果一旦出現(xiàn)失誤，就會對整體的設(shè)計造成影響.

1 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概念分析

高層建筑的連梁需要對梁的內(nèi)重力荷載作用進行承受，與此同時，還需要對一定的剛度進行保證，以免出現(xiàn)建筑水平移動以及震動情況的發(fā)生，使得高層建筑的工作人員能夠獲得舒適的工作環(huán)境[1].

高層建筑結(jié)構(gòu)需要對豎向荷載以及水平荷載進行承擔(dān)，除此之外，還能夠一定程度上對地震進行抵抗，在低層結(jié)構(gòu)當(dāng)中水平荷載都會成為建筑的控制因素，而隨著建筑高度的不斷增加，也會使得位移、彎矩出現(xiàn)增加的情況，因此在對高層建筑進行設(shè)計的過程當(dāng)中，也需要保證建筑結(jié)構(gòu)具有更大的承載能力，在一定的范圍當(dāng)中對高層建筑的側(cè)向變形進行控制.在水平力的作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形是一種彎曲側(cè)向變形.剪力墻需要對很大的豎向荷載以及水平荷載進行承擔(dān)，整體性以及側(cè)向剛度都較好，而高層建筑如果具有剪力墻結(jié)構(gòu)，則能夠使得側(cè)移較小，并且在剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，不會存在外露以及突出的梁或者是柱，能夠更好地對房間進行布置，但是在該結(jié)構(gòu)當(dāng)中房屋空間比較缺乏，也沒有足夠的結(jié)構(gòu)延性.

2 連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)中的作用

一般來講，在建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中剪力墻的連梁通常有著較大的梁高.在高層民用建筑當(dāng)中采用剪力墻結(jié)構(gòu)，連梁跨高比應(yīng)小于2.5，在一些特別的情況下，連梁跨高比甚至?xí)∮?.這樣的手里性能與垂直荷載下的沈亮存在著一定的卻別，在水平荷載下能夠與墻肢相互作用，并在梁的兩端方向產(chǎn)生較大的作用力，有可能會使得梁產(chǎn)生一定的剪切變形；與此同時，在高層建筑當(dāng)中，由于建筑當(dāng)中，由于連梁受到兩段墻肢的壓縮并不均勻，也會使得連梁在一定程度仧產(chǎn)生一定的內(nèi)力.從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來看，降低連梁的內(nèi)在力量是一項十分重要的問題[2].

比較理想的狀態(tài)為：第一次出現(xiàn)在某曾連梁兩段出現(xiàn)塑性鉸，塑性鉸的出現(xiàn)會使得其他部分的墻壁保持足夠的彈性，從而使得結(jié)構(gòu)的抗震作用能夠最大限度地得到發(fā)揮.因此在對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程當(dāng)中，需要對連梁的延展性進行增加，使得連梁能夠?qū)嶋H的需求進行滿足，與此同時，也能夠?qū)Τ休d能力進行提高，并對混凝土截面產(chǎn)生一定的約束作用.

3 高層建筑剪力墻存在的破壞因素

3.1 脆性破壞

從脆性破壞的角度來看，還存在著另外一種區(qū)分行駛，也就是按照出現(xiàn)的位置來對其進行區(qū)分.第一種是在墻肢當(dāng)中發(fā)生的脆性破壞，由于墻肢缺乏足夠的抗剪能力，因此時常會出現(xiàn)破壞的情況，這樣的情況會降低抗剪承載能力，更有甚者，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩潰的情況.第二種剪切破壞的發(fā)生會使得梁喪失對墻肢的約束，由于所有的梁都有可能發(fā)生剪切破壞，因此會使得剪力墻出現(xiàn)破碎的情況，整體下降其承受與能力，但并不會造成承受能力的全部丟失.只要受損之前沒有收到較大的豎向荷載強度，就不會造成建筑物的倒塌[3].

3.2 延性破壞

延性破壞當(dāng)中還劃分成為兩個類型，第一種類型是連梁先于墻肢屈服，第二種類型則是墻肢先與連梁屈服.不管是哪一種情況，都會降低抗地震的能力，因此需要盡量避免兩者的發(fā)生.如果連梁含有足夠的延性，則能夠利用變形的方式來對能量進行吸收，同時也能夠更好地對墻肢進行約束，同時也能夠使得連梁擁有更強的強度.而在實際的設(shè)計過程當(dāng)中，對于連梁有著較高的需求，因此在設(shè)計的過程當(dāng)中要對其延展性進行充分的保障.

4 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計中存在的問題

4.1 連梁剛度折減

由于受到各方面因素的影響，因此連梁會在水平力的影響產(chǎn)生較大的內(nèi)力，在短時間內(nèi)難以進行有效的解決.由于在設(shè)計規(guī)范當(dāng)中，并沒有對抗震做出較多的考慮，因此在實際的設(shè)計過程當(dāng)中需要對連梁截面設(shè)計的安全性進行保證.除此之外，之所以需要對連梁剛度進行折減，是因為要在側(cè)向荷載的作用下剛度能夠因為混凝土的開裂而降低.而在外力的作用下，會對這樣的情況不斷加重，因此需要對連梁延性進行不斷加強，并對“強剪弱彎”的原則進行符合.此外，一些建筑對于抗震性能存在著一定的需求，需要使用的剛度折減系數(shù)是較小的[4].

4.2 關(guān)于內(nèi)力與位移

在對內(nèi)力以及位移進行計算的過程當(dāng)中，需要針對不同的情況來對水平荷載以及豎向荷載進行采取.如果處于豎向盒子啊的情況當(dāng)中，則需要利用支持彎矩調(diào)幅的方式來對剛度以及彎矩進行減少.而在處于水平荷載的過程當(dāng)中，由于會降低剛度，因此需要在風(fēng)荷載當(dāng)中保證折減系數(shù)不能夠小于0.8.

4.3 控制風(fēng)荷載

從高層建筑的角度來看，對風(fēng)荷載的控制能夠?qū)袅Φ臄?shù)量進行增加.通過對數(shù)量的增減能夠使得每一面墻的受力得到減少.之所以能夠出現(xiàn)這樣的情況，主要是因為梁正截面剛度的降低會使得耦合梁鞋面抗剪承載力的不足.除此之外，利用對剪力墻厚度的提高，也能夠使得剪力墻的承載力得到增強，而利用對界面高度的更改，則會使得剛度得到減小.

5 高層建筑剪力墻連梁設(shè)計的注意事項

5.1 遵循國家標準

在對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁進行設(shè)計以及施工的過程當(dāng)中，需要按照相應(yīng)的標準來進行.如果沒有標準規(guī)范，則會使得建筑設(shè)計難以有序地開展，同時也難以有效的保證建筑的整體安全情況，因此設(shè)計過程當(dāng)中，應(yīng)對這一點進行關(guān)注，對國家各項相關(guān)規(guī)定進行嚴格遵循并實施，更重要的是，還需要從剪力墻的剛度、彈性等角度出發(fā)，對相關(guān)的設(shè)計規(guī)范標準進行嚴格的遵循.

5.2 進行合理的設(shè)計

具體來講，之所以會對連梁的功能造成影響，主要的影響因素是連梁的高度以及連梁的跨度.一般來講，通常會對連梁的高度進行減少，并對跨度進行增加.此外還需要根據(jù)實際需求以及不同的環(huán)節(jié)來對重點因素進行關(guān)注.之所以需要利用這樣的方法，主要是能夠最大程度地發(fā)揮連梁在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中的作用.但同時也需要注意到的是，對于高度以及跨度的選取需要在一定的范圍當(dāng)中進行把握，這樣一方面能夠免除對剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞，另一方面也能夠有效的體現(xiàn)調(diào)整過程當(dāng)中“強剪弱彎”的原則[5].

5.3 提高施工質(zhì)量

不管是剪力墻還是連梁，只有設(shè)計而不與實際施工相結(jié)合都是紙上談兵，不管是哪一個建筑環(huán)節(jié)，都需要與實際的施工緊密相連.而對整體建筑的施工質(zhì)量進行保證，也能夠使得建筑的安全性得到有效的提高.因此，在實際的施工過程當(dāng)中，更需要對工人的施工技術(shù)進行把控，對施工材料進行嚴格的管理，并對管理流程進行關(guān)注，對實際施工當(dāng)中出現(xiàn)的一些漏洞，則應(yīng)該做到有效的改善，從多個方面對施工質(zhì)量進行有效地提高.而在這些角度當(dāng)中，混凝土的施工則是其中的重中之重，只有保證混凝土施工的質(zhì)量，才能夠真正地做好連梁工作.這就需要在實際的施工當(dāng)中對混凝土的質(zhì)量進行注重，混凝土質(zhì)量的提高能夠從多個層面提高連梁的整體承載能力.從整體結(jié)構(gòu)的角度來看，混凝土也有著十分密切的聯(lián)系，而混凝土的質(zhì)量如果出現(xiàn)問題，也會對整體結(jié)構(gòu)造成十分嚴重的影響.

總而言之，對于高層建筑剪力墻連梁設(shè)計產(chǎn)生影響的因素是很多的，建筑需求、建筑高跨等都會對剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計產(chǎn)生一定的影響，在對實際的設(shè)計工作進行開展的過程當(dāng)中，應(yīng)對“強剪弱彎”等原則進行堅持，從而使得高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能夠得到有效的保證，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的情況，最后還需要對其他因素的影響進行考慮，保證剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計的質(zhì)量.

〔1〕顧尚平,王力芡.高層剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計探析[J].有色金屬設(shè)計,2017(01)：12-14.

〔2〕楊睿.芻議高層建筑剪力墻的連梁設(shè)計[J].山西建筑,2013(32)：23-25.

〔3〕嚴偉,王豪.高層建筑連梁設(shè)計及處理方法[J].四川建材,2012(01):19-21.

〔4〕李丹丹,曹勇.高層中連梁設(shè)計的一些問題探討[J].遼寧建材,2011(06)：34-35.

〔5〕張曉剛,路福.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(02):49-51.

〔6〕鄭文飛，等.斜拉橋水滴形主塔鋼混結(jié)合段施工技術(shù)[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015（02）.

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2017-08-11

國家十三五課題：基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標的工程力學(xué)教學(xué)改革與實踐（KYKT786）