高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題思考

【摘要】剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑設(shè)計中越來越重要。其中建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)較多，需遵循一定的設(shè)計思路，才能夠確保設(shè)計的優(yōu)化及完善。本文對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計進行探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

高層建筑是未來建筑行業(yè)發(fā)展的主流，而高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也將會變得更加廣泛。剪力墻體側(cè)移小、抗側(cè)剛度大、抗震性能良好，越來越引起建筑界的關(guān)注。但是，在實際的應(yīng)用中，剪力墻結(jié)構(gòu)還不夠完善，仍需要對剪力墻結(jié)構(gòu)重視，不斷的對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化，提高設(shè)計水平，讓高層建筑的性能也得到進一步的提升。

1、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的主要結(jié)構(gòu)體系，對高層建筑的經(jīng)濟性和抗震性能都有比較大的影響。高層建筑結(jié)構(gòu)主要通過剪力墻、筒體以及框架來承受負(fù)荷力，剪力墻以負(fù)荷承受力強，良好的整體性、結(jié)構(gòu)剛度合理的優(yōu)點，有效的改善了以往結(jié)構(gòu)中的露梁、露柱的現(xiàn)象，促進高層建筑結(jié)構(gòu)的有效穩(wěn)定運行。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計所要遵循的最基本的原則就是安全、經(jīng)濟。即兼顧設(shè)計質(zhì)量的同時，還需要考慮到經(jīng)濟成本，建設(shè)單位是否有足夠的資金進行設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)最佳的目標(biāo)。一般情況下，優(yōu)化高層剪力墻結(jié)構(gòu)時，主要需要對以下幾個方面的因素考慮：一是要可以將材料的力學(xué)性能充分發(fā)揮出來，使結(jié)構(gòu)布置更加的科學(xué)合理，截面設(shè)計更加的科學(xué)；二是要提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性和抗震性，要可以將剪力墻抵抗水平荷載的能力發(fā)揮出來；三是要在保證建筑物質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低工程的總造價。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的要點

2.1結(jié)構(gòu)選擇

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往存在多種剪力墻設(shè)計方案。設(shè)計初期，設(shè)計單位和施工單位要建立良好的溝通互動關(guān)系，依據(jù)具體項目背景，選用科學(xué)的剪力墻結(jié)構(gòu)體系、材料和構(gòu)件截面尺寸，使建筑工程造價處于可控范圍內(nèi)。對于高層建筑的結(jié)構(gòu)布置和建筑本身的功能設(shè)計應(yīng)該是平衡且匹配的，否則必然會造成經(jīng)濟損失和資源的浪費。對于施工的成本，也應(yīng)該作為設(shè)計方案時的一個需要重點考慮的部分，合理控制成本，盡可能完善功能，將結(jié)構(gòu)布置合理，這樣對高層建筑的整體成本預(yù)算也能夠更好的掌握。 當(dāng)設(shè)計方案進入到收尾階段的時候，更應(yīng)該對項目的經(jīng)濟性，整體建筑的功能等進行綜合的考量。

2.2結(jié)構(gòu)布置

在剪力墻布置方案中，合理確定剪力墻的定位，才能使剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮出最大的優(yōu)勢。為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)中剪力墻結(jié)構(gòu)布置的合理性、恰當(dāng)性、以及科學(xué)性，就要對位移比例、周期比例等等，一些參數(shù)進行有效的控制。位移比例通常是指高層建筑中，豎向構(gòu)建本身的樓層之間的位移與樓層平均值，以及水平位移之間的比值。通常情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置為豎直方向的鋼筋配筋，而其外側(cè)為水平方向的鋼筋。需要注意的是墻體配筋及構(gòu)造邊緣構(gòu)件需要滿足規(guī)范要求的最小配筋率，約束邊緣構(gòu)件除滿足最小配筋率以外，也需復(fù)核計算配筋的要求。此外，在進行剪力墻的布置的時候，建筑物存在的其他因素對于其本身的影響也應(yīng)該考慮在內(nèi)。另外，剪力墻的底部小墻肢及拐角處的墻肢，均是剪力墻結(jié)構(gòu)中的薄弱點，需要特別注意它的設(shè)計和工藝，及時避免出現(xiàn)不利影響。

2.3計算機軟件應(yīng)用

為了能夠更好地設(shè)計模型，同時使有關(guān)的數(shù)據(jù)計算更精確，需要在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用計算機技術(shù)進行精確計算。設(shè)計人員除了采用計算機，實現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)計算之外，更要依據(jù)自身的專業(yè)構(gòu)成及工作經(jīng)驗，對具體設(shè)計過程進行有效判定，提高設(shè)計質(zhì)量，將設(shè)計過程中的偏差降到最低。而構(gòu)件計算過程中，要通過結(jié)構(gòu)試驗，使計算結(jié)果更加準(zhǔn)確，從根本上消除誤差，做到把專業(yè)知識理論與專業(yè)技能、計算機技術(shù)相結(jié)合和統(tǒng)一，以此來提高剪力墻設(shè)計的水平。

3、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計措施

3.1合理掌握剪力墻的尺寸及其外形

科學(xué)合理的設(shè)計方案是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)和保障，其不僅關(guān)系到建筑工程的整體性能，而且直接關(guān)乎建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。要想使建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計得到有效優(yōu)化，便有必要合理掌握剪力墻的尺寸及其外形。對于不同的墻體結(jié)構(gòu)來說，其設(shè)計也存在差異；所以剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在豎直或水平方向的剛度及其荷載分布均有所差異。對于剪力墻結(jié)構(gòu)來說，要想使自身的穩(wěn)定性得到有效保證，便需要優(yōu)化設(shè)計外形，通常選取T形或者L型最好，這兩種外形方案的選擇均能夠減輕墻體的重量，進而使剪力墻結(jié)構(gòu)的外形體積得到有效減小，并使剪力墻側(cè)向剛度的提高得到有效促進。此外，在剪力墻結(jié)構(gòu)使用過程當(dāng)中，需保證剪力墻2個方向中至少有一個與標(biāo)準(zhǔn)相符，且另一個不宜偏短，誤差值控制在1m內(nèi)，這樣才能夠使配筋問題得到有效避免。

3.2優(yōu)化設(shè)計剪力墻邊緣構(gòu)件

邊緣構(gòu)件設(shè)置與否是影響剪力墻塑性變形能力的一個重要因素，通過在剪力墻兩端及洞口兩側(cè)設(shè)置邊緣構(gòu)件可以大大提高剪力墻的塑性變形能力，從而提高抗震性能。對結(jié)構(gòu)洞進行合理的設(shè)置，盡可能降低墻肢長度之間的差異性，保證各片剪力墻可以均勻分配地震作用，并注意控制各墻肢軸壓比，使各墻肢軸壓比在豎向荷載作用下盡量靠近相應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震等級軸壓比限值。（1）對構(gòu)造邊緣構(gòu)件加以約束。以施工規(guī)范要求為依據(jù)，對剪力墻墻肢長度加以明確，并明確箍筋配箍的特征值； 對于縱向鋼筋來說，其范圍需比規(guī)定范圍的陰影面積大。（2）對邊緣構(gòu)件加以約束。在邊緣構(gòu)件約束過程中，主要的對象是端柱、暗柱以及翼墻等。在剪力墻剛度偏小的情況下，便會出現(xiàn)層間位移情況，因此便有必要需要搭建的有關(guān)結(jié)構(gòu)加以約束。

3.3優(yōu)化設(shè)計剪力墻連梁

連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)十分重要的構(gòu)件也是設(shè)計的重點。對于剪力墻連梁來說，也就是墻肢和墻肢之間互相連接的梁，當(dāng)墻肢受到壓力的情況下，便容易產(chǎn)生超筋或形變，進而使建筑的質(zhì)量及壽命遭到很大的威脅。連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)中最早破壞的耗能構(gòu)件，為實現(xiàn)其耗能的作用，連梁需要設(shè)計成延性好的彎曲破壞模式，避免發(fā)生脆性剪切破壞。一方面，合理降低剪力墻連梁的高度，以建筑工程實際情況為依據(jù)，使剪力墻連梁的高度控制在合理范圍內(nèi)，從而使因尺寸問題引發(fā)的連梁剪切形變狀況得到有效避免。另一方面，規(guī)范控制剪力墻結(jié)構(gòu)的塑性，并對剪力墻連梁彎矩的抗震設(shè)計進行合理調(diào)整。并且，需對連梁的受力合理控制。除此之外，如果有剪力墻結(jié)構(gòu)超筋或者位移等狀況出現(xiàn)，需采取相應(yīng)的借鑒方法， 如減小連梁截面高度或設(shè)置雙連梁，減少連梁與相鄰墻體的剛度分配，降低連梁所承擔(dān)的地震力，然后進行連梁內(nèi)力分析，計算出配筋參數(shù)，從而使連梁問題得到有效解決。

結(jié)語：

總而言之，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，涉及到的相關(guān)內(nèi)容比較多，而剪力墻尤為重要。因此，要掌握好剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容，不斷提高高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計過程中要根據(jù)每個工程的實際情況進行優(yōu)化設(shè)計，為人們提供更加安全的高層建筑。

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