高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討

【摘要】文章主要討論高層建筑剪力墻在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的優(yōu)化方式進(jìn)行提出。首先介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)和設(shè)置需求以及相關(guān)的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)于這幾點(diǎn)的描述引發(fā)出怎么強(qiáng)化剪力墻結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，怎么使得建筑結(jié)構(gòu)方案能夠保證科學(xué)與合理，從而對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)自身的科學(xué)與經(jīng)濟(jì)還有合理性給予保障。

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

1、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

1.1設(shè)計(jì)前提

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著必要性的前提。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身就具有很多的概念和原則。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)一幢高層建筑時(shí)可以將這一建筑看成一根豎直放置于嵌固于地基的開(kāi)發(fā)帶。其次，由于高層建筑多為巨型空間構(gòu)架，因此建筑的剪力墻不僅僅需要承受所有重力荷載的作用，并且還需要在這一前提下保持穩(wěn)定。與此同時(shí)，由于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)還需要保證各種建筑內(nèi)部的裝飾、填充墻等不會(huì)在地震等問(wèn)題中受到損壞，還需要提供建筑內(nèi)部工作、生活的人們有一個(gè)舒適的環(huán)境，因此其設(shè)計(jì)需要將剪力墻可能出現(xiàn)的變形控制在一定范圍內(nèi)。

1.2設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自身有著獨(dú)特的特點(diǎn)。眾所周知剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下往往容易出現(xiàn)彎曲型的側(cè)向變形，并且由于剪力墻結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載和水平荷載都較大，結(jié)果在很大程度上促使了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)具有很好的整體性和側(cè)向剛度。但是在這一過(guò)程中需要注意的是，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)由于不能夠提供大空間房屋并且結(jié)構(gòu)延性通常來(lái)說(shuō)也較差，因此這在很大程度上限制了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間，例如許多高層建筑的內(nèi)部房屋只能以小房間為主，這與高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制有著非常大的關(guān)系。

1.3設(shè)計(jì)原則

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行樓層最低剪力系數(shù)的計(jì)算，并且在計(jì)算完畢后通過(guò)復(fù)核來(lái)確保計(jì)算結(jié)果非常接近規(guī)范值。其次，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)控制好結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的自振周期T1之比，并且確保其不會(huì)大于該樓層平均值的1.5倍。這一情況主要是為了能夠進(jìn)行一步的減輕結(jié)構(gòu)自身重量，并且還能夠在此基礎(chǔ)上有效的減少地震造成破壞，最終達(dá)到降低建筑整體工程造價(jià)的目的。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的優(yōu)化措施

2.1強(qiáng)化剪力墻結(jié)構(gòu)自身的均衡設(shè)計(jì)

高層剪力墻結(jié)構(gòu)的自身的均衡設(shè)計(jì)要求工作人員選擇適宜的對(duì)策，去推進(jìn)剪力墻自身結(jié)構(gòu)在受力上的平均性，這不但能夠提升工程自身的安全性能以及使得結(jié)構(gòu)更加的合理，同時(shí)還能夠節(jié)約高層建筑的土建成本。剪力墻結(jié)構(gòu)自身的合理設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員參照建筑物的平面布局情況去加以完成，設(shè)計(jì)人員去對(duì)各種情況進(jìn)行分析，獲得剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及設(shè)計(jì)的方案，這主要由設(shè)計(jì)人員按照施工場(chǎng)地的情況，去設(shè)計(jì)出相對(duì)科學(xué)合理的剪力墻的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)人員以及設(shè)計(jì)好的剪力墻結(jié)構(gòu)方案的時(shí)候還應(yīng)該合理的制定出適宜設(shè)計(jì)需要的管理?xiàng)l例，強(qiáng)化其對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的檢查以及監(jiān)督，強(qiáng)化施工人員在安全意識(shí)以及管理團(tuán)隊(duì)管理的水平，使得施工人員能夠嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)的方案以及施工圖紙去完成施工，對(duì)于施工的質(zhì)量給予充分的保障，尤其是剪力墻結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量。

2.2高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高層剪力墻結(jié)構(gòu)有著多種多樣的設(shè)計(jì)形勢(shì)，針對(duì)高度存在差異的建筑物，選擇不同的剪力墻結(jié)構(gòu)，這不但應(yīng)該去對(duì)層高加以考量還應(yīng)該對(duì)剪力墻構(gòu)件所需求的材料加以考量，針對(duì)層高低于20層的建筑物來(lái)說(shuō)，很多情況下選擇短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的方式，這樣的設(shè)計(jì)方式的水平地震剪力和期限以及位置的移動(dòng)都可以在合理的范圍里獲得制約，并且還選擇現(xiàn)澆剪力墻的結(jié)構(gòu)，科學(xué)的將混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)的墻體變?yōu)槠鲶w的墻體，這種方式不但能夠推進(jìn)整個(gè)建筑物在剛度上的提高，減少結(jié)構(gòu)自身的重量，同時(shí)還能夠很好的降低建設(shè)上的投資。

2.3剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在墻體配筋的剪力墻結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)中，第一步要做的工作是選擇優(yōu)質(zhì)的材料，包括鋼材選用是最重要的，選用優(yōu)質(zhì)鋼材需要檢查各種鋼材有資格證明這是鋼材進(jìn)場(chǎng)之前的主要工作，符合鋼材可以進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的要求，剪力墻結(jié)構(gòu)墻體鋼筋最需要放在垂直鋼筋內(nèi)，鋼水平放置外。這是因?yàn)閴ο碌膲w加強(qiáng)相對(duì)于其他部分較多，而地面的壓力和土壓力引起的強(qiáng)大的壓力，剪力墻結(jié)構(gòu)的通常符合推薦標(biāo)準(zhǔn)和工程估計(jì)的最加固可根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)剪力墻，降低投資成本。剪切壁厚度的選擇特別重要，不必刻意設(shè)置最小厚度為200mm，以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，也可以在180mm或160mm剪切墻的前提下使用。

2.4剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在相關(guān)的剪力墻結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中，很明顯，如果梁的跨高比小于5，則必須根據(jù)連梁的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，這意味著跨高比小于5的梁可以減少，甚至當(dāng)梁跨高比小于3的比率時(shí)，一旦剛度不降低，很可能引起過(guò)度剪切的情況，使施工項(xiàng)目的成本增加，浪費(fèi)資源。 解決的辦法是使跨高比大于5，這樣就可以大大減少鋼筋和混凝土的使用，有效降低投資成本。

2.5層間位移比和最大位移的最佳設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)定，在計(jì)算由彈性層最大值引起的地震的共同值的位移時(shí)，建筑物的高層變形被排除，大部分扣除整個(gè)結(jié)構(gòu)的彎矩，并進(jìn)入扭轉(zhuǎn)變形。因此對(duì)于高層建筑物主要任務(wù)是防止其變現(xiàn)。根據(jù)垂直分量數(shù)量的限制，可以控制剪切變形，一旦奇異分量布局不夠科學(xué)，可以產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，因此高層建筑需要最小化扭轉(zhuǎn)變形，不能任意增加組件的剛度。

2.6地板最小剪切系數(shù)的最優(yōu)設(shè)計(jì)

在短肢剪切壁底部的第一振動(dòng)基礎(chǔ)的地震應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)底部的總地震應(yīng)力的40%的情況下，有必要使剪切壁的使用最小化和大空間剪力墻作為目標(biāo)，促使地板的最小剪切系數(shù)接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。這種方法可以增加剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度，減輕地震的重量，將地震帶來(lái)的負(fù)面影響降至最低。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，假如高層剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上產(chǎn)生問(wèn)題的時(shí)候，這可能會(huì)極大的制約剪力墻結(jié)構(gòu)和工程整體自身的安穩(wěn)性，因此，強(qiáng)化剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以說(shuō)是當(dāng)前工作過(guò)程中的主要點(diǎn)，剪力墻自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不但能夠推進(jìn)工程穩(wěn)定并且還能夠減少建設(shè)資金上的投入，可以說(shuō)著對(duì)我們國(guó)家建筑行業(yè)上的快速發(fā)展有著十分正面的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳耀.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討[J].福建建材，2011.

[2]程紹革等.高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué)，2009.