分析在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的有效應(yīng)用

文/賀躲 湘潭規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院 湖南湘潭 411100

現(xiàn)代高層工程的功能與用途正向著多元化趨勢(shì)發(fā)展，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的高層工程，通常會(huì)考慮結(jié)構(gòu)的受力結(jié)構(gòu)模式，其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是高層結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的空間形態(tài)有支護(hù)功能，其結(jié)構(gòu)豎向所產(chǎn)生的荷載傳輸通過(guò)傳力系統(tǒng)的剖面來(lái)呈現(xiàn)。此外，該傳力系統(tǒng)也會(huì)影響高層結(jié)構(gòu)的基本功能。因此，不同高層建筑的傳力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)規(guī)劃中是按照其實(shí)際情況來(lái)處理的，而且進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，由此確定較為科學(xué)的結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)與保障抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性。

1、剪力墻的種類

1.1 整截面墻

這主要指不開(kāi)洞口與洞口面積比墻面小17%的剪力墻，它的受力狀態(tài)類似豎向懸臂梁，截面外表正應(yīng)力表現(xiàn)出直線布置，順著墻肢高度方位上彎矩不僅不出現(xiàn)突變也不產(chǎn)生反彎點(diǎn)，變形曲線主要是彎曲型。

1.2 總體小開(kāi)口墻

該種剪力墻主要指洞口順著豎向成列分布，各列墻肢與連梁剛度較為均勻。洞口范圍盡管比墻面大17%，但依舊是小面積開(kāi)口的剪力墻，其受力性能能根據(jù)總體懸臂來(lái)思考[1]。并思考?jí)χ木钟驈澗兀截?fù)荷作用形成的彎矩是由墻肢的軸力肩負(fù)的，墻體本身的彎矩較小，彎矩圖存在突變，但幾乎沒(méi)有反彎點(diǎn)，截面外表正應(yīng)力形同直線布置，變形曲線依舊是彎曲型。

1.3 聯(lián)肢墻

這種剪力墻是指洞口呈豎向成列分布，且洞口大小大于墻面大小的17%，連梁剛度低于墻肢剛度的墻面。開(kāi)有一列很大洞口的剪力墻是雙肢墻。開(kāi)了多列洞口偏大的剪力墻就是多肢墻。連梁可以很好的約束墻肢，墻體彎矩圖存在突變，且具有反彎點(diǎn)，墻肢局域彎矩很大，整體截面外表正應(yīng)力不再是直線布置，變形彎矩是彎曲型。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)規(guī)劃時(shí)需注意的內(nèi)容

2.1 管理軸壓比

高層結(jié)構(gòu)內(nèi)的剪力墻對(duì)于軸壓比有很高要求，特別是無(wú)翼緣與端柱的“一”字形短肢墻體。剪力墻結(jié)構(gòu)在規(guī)劃時(shí)，為保證其延性，需要嚴(yán)格管理軸壓比，防止超出軸壓比界限的剪力墻部件產(chǎn)生。另外，還要科學(xué)分布結(jié)構(gòu)，避免產(chǎn)生局域剪力墻軸壓比偏大現(xiàn)象。

2.2 提高剪力墻重要位置的抗震能力

高層工程結(jié)構(gòu)外邊線與角點(diǎn)的部位均處在應(yīng)力較為集中的位置，當(dāng)出現(xiàn)地震情況時(shí)，這些位置就會(huì)最早出現(xiàn)塑性區(qū)甚至受到損壞。因此，在規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，要全面思考角點(diǎn)處和結(jié)構(gòu)外邊產(chǎn)生的受力狀況，而且要采用合理的方法提高剪力墻重要位置的抗震能力，將軸壓比的界限降低，加大縱向配筋率，特別是很小的剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力更需要引起關(guān)注。

2.3 科學(xué)計(jì)算連梁剛度的分布

在仿真計(jì)算結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)時(shí)，要結(jié)合連梁鄰邊的墻肢承載地震力、所處的實(shí)際位置和三水準(zhǔn)抗震起到的作用等要素，合理判別連梁在具體操作提供給建筑結(jié)構(gòu)的剛度，由此科學(xué)設(shè)置連梁剛度的折減參數(shù)。保證仿真計(jì)算的模型數(shù)據(jù)和實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度及受力狀況相統(tǒng)一，更為科學(xué)經(jīng)濟(jì)與滿足實(shí)際。

當(dāng)前，高層結(jié)構(gòu)在發(fā)展階段，人類對(duì)居住空間的應(yīng)用功能也提出了更高的要求，由此對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量也有了越來(lái)越高的要求[2]。在應(yīng)用剪力墻時(shí)，既能夠靈活的分布，對(duì)長(zhǎng)短與落地、轉(zhuǎn)換并無(wú)較高要求，因此可以很好發(fā)揮出高層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用功能。剪力墻擁有的抗震能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般異形柱的墻面結(jié)構(gòu)，適合高度為140米之內(nèi)的高層結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合本身具有的特征，進(jìn)一步加大剪力墻于高層建筑設(shè)計(jì)中的使用。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題

3.1 剪力墻數(shù)量設(shè)計(jì)不科學(xué)

剪力墻是高層結(jié)構(gòu)模式，有些建筑單位為追求時(shí)尚、提升結(jié)構(gòu)的美觀性和提高建筑物的影響力，忽略了剪力墻結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，會(huì)大量采用短肢剪力墻，減少了一般剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，盡管給高層結(jié)構(gòu)建設(shè)工作下降了難度 ，也減少了成本，提升了高層結(jié)構(gòu)的美觀性，得到了多重效果的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但卻造成高層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量無(wú)法得到保證，在高層結(jié)構(gòu)質(zhì)檢中，極易成為不達(dá)標(biāo)的結(jié)構(gòu)。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析不合理

當(dāng)前，高層工程設(shè)計(jì)都依靠相關(guān)的科學(xué)技術(shù)，要求了解最基本的材料測(cè)試數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)總體的施工目標(biāo)，采用科學(xué)軟件來(lái)精準(zhǔn)模式研究，設(shè)計(jì)出充滿高水平的施工圖紙，但是，當(dāng)前存在結(jié)構(gòu)計(jì)算不準(zhǔn)確、研究軟件選用不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。例如，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不清楚，缺少科學(xué)性，無(wú)法科學(xué)規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度與高度等，造成比例不合理，建設(shè)的高層結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)固性不佳，抗震能力弱，無(wú)法在地震區(qū)域重建，影響到高層結(jié)構(gòu)的發(fā)展和進(jìn)步，而且，極可能隱藏安全故障，威脅到人民的生命安全。

4、高層結(jié)構(gòu)規(guī)劃中剪力墻的運(yùn)用

4.1 配筋規(guī)劃

剪力墻水平配筋能夠有效防止墻體產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致剪切損壞，還能夠阻隔溫度對(duì)砼造成的影響。在配筋規(guī)劃時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)連梁與較為敏感的墻面必須適當(dāng)?shù)脑龆嗯浣盍?。針?duì)長(zhǎng)度很短且高度很矮的結(jié)構(gòu)，就能夠適當(dāng)縮減布筋量。

剪力墻垂直配筋的根本作用在于防彎曲，在復(fù)層剪力墻構(gòu)造中的配筋一般是清除墻體邊緣的鋼筋[3]。在配筋過(guò)程，豎直方向墻面配筋的距離不能超過(guò)300毫米。豎直方向上若配筋過(guò)多就會(huì)令墻體防彎曲能力超過(guò)抗剪性能，這樣對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震是非常不利的。

4.2 邊緣規(guī)劃

一般情況下，槽型截面的墻體結(jié)構(gòu)延性大于矩型截面的墻體。在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，設(shè)計(jì)師能夠適當(dāng)加大剪力墻的截面邊緣束縛力，由此不斷提升剪力墻結(jié)構(gòu)延性、墻面水平剪力作用和抗剪水平。另外，在建造設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)在墻端處設(shè)置安裝，并優(yōu)化其截面信息，避免出現(xiàn)建筑故障。

4.3 墻面規(guī)劃

因?yàn)榧袅τ泻艽蟮慕Y(jié)構(gòu)剛度，而且其受到溫度的限制也很多，所以對(duì)結(jié)構(gòu)的樓面及屋面的影響也很大。有時(shí)很長(zhǎng)的剪力墻會(huì)出現(xiàn)變形甚至產(chǎn)生裂縫等情況。這主要是由于剪力墻的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，砼出現(xiàn)變形，且因?yàn)楣こ探ㄔO(shè)條件很難控制，極易導(dǎo)致剪力墻承受的拉應(yīng)力不夠，最后引發(fā)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

剪力墻結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，當(dāng)墻體出現(xiàn)裂縫時(shí)難以處理，形成的不良影響也很大；當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)高層建筑為追趕時(shí)間而加班加點(diǎn)，這種速度造成結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低。此外，在施工階段，砼的應(yīng)用量很大，加上強(qiáng)度的提升會(huì)令拉應(yīng)力增大，造成裂縫問(wèn)題的產(chǎn)生。而且，在建筑建設(shè)階段要利用泵送處理時(shí)，一定要加大水泥應(yīng)用量，由此降低粗骨料與骨料粒徑的用量。砼配比與輸送環(huán)節(jié)若處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮，這種結(jié)構(gòu)極易形成裂縫。在規(guī)劃剪力墻時(shí)，必須注重施工環(huán)節(jié)，防止產(chǎn)生結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

4.4 大墻肢設(shè)計(jì)

在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，剪力墻首先應(yīng)具備延性，由此而寬高比低于2的剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)變成具備延性、容易彎曲損壞的剪力墻，進(jìn)而防止剪力墻出現(xiàn)脆性剪切破壞。當(dāng)剪力墻長(zhǎng)度很大時(shí)，為確保各墻段的寬高比均不低于2，能對(duì)長(zhǎng)墻采取開(kāi)洞分割，令長(zhǎng)墻被均勻的劃分成滿足要求的單獨(dú)墻段，這樣產(chǎn)生的墻段很小，手腕所出現(xiàn)的裂縫寬度也很小，如此就可以確保墻體配筋起到很好的支撐功能[4]。在剪力墻規(guī)劃中，當(dāng)產(chǎn)生一些長(zhǎng)度大于8米的大墻肢時(shí)，在計(jì)量整個(gè)結(jié)構(gòu)的剪力時(shí)，通常均由這類大墻肢來(lái)承受這些應(yīng)力，如此在出現(xiàn)強(qiáng)烈地震情況時(shí)，這類大墻肢最早受到損壞，那些很小的墻肢因?yàn)闊o(wú)足夠的配筋來(lái)支護(hù)墻體，進(jìn)而造成墻體受到毀壞。對(duì)于該種現(xiàn)象，在規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)合具體情況開(kāi)洞與計(jì)算開(kāi)洞。

結(jié)語(yǔ)：

總之，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)與技術(shù)的進(jìn)步，為國(guó)內(nèi)建筑事業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)會(huì)。唯有進(jìn)一步提升工藝技術(shù)水平及質(zhì)量，充分利用新的材料，方可適應(yīng)建筑事業(yè)的發(fā)展及人類不斷提升的住房要求?，F(xiàn)如今，許多新技術(shù)及新材料在高層結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)師要結(jié)合具體情況，在不同高層建筑規(guī)劃中采用適當(dāng)?shù)募袅?，在高層結(jié)構(gòu)規(guī)劃中充分發(fā)揮出剪力墻的作用，促使建筑事業(yè)的全面發(fā)展與人們生活質(zhì)量的日益提升。