剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

古詠峰

（廣州市番禺城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東省廣州 511400）

1 工程概述

本次研究將雅居樂(lè)某高層建筑作為主要案例，該高層建筑地上22層，建筑物的高度共計(jì)78m，地下3層為停車(chē)庫(kù)，為住宅項(xiàng)目。該高層建筑的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻的抗震等級(jí)為三級(jí)。建筑平面呈水平“8”字的眼鏡形狀。

2 剪力墻平面和豎向設(shè)計(jì)

2.1 平面布置設(shè)計(jì)

剪力墻的平面布置是提升剪力墻設(shè)計(jì)合理性的重要條件。在剪力墻平面布置的過(guò)程中，應(yīng)建立在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行深入了解的基礎(chǔ)上，明確建筑物的使用功能，對(duì)使用需求進(jìn)行合理計(jì)算，并對(duì)剪力墻的平面布置進(jìn)行適度調(diào)整。在特殊的條件下，完全依據(jù)建筑要求完成平面布置，會(huì)對(duì)剪力墻的實(shí)用性造成不良影響。

①以作者本工程為例，由于建筑平面呈水平“8”字的眼鏡形狀，需要在不同角度的房間布置剪力墻，抵抗不同方向地震力的影響。同時(shí)每個(gè)單元若只沿著一個(gè)平面的軸向設(shè)置剪力墻，不利于確保剪力墻的剛度符合建筑物承載力需求。一旦遭遇地震，會(huì)由此處開(kāi)始遭到破壞。因?yàn)橛捎趦蓚€(gè)平面的剪力墻具有不同的剛度，容易導(dǎo)致建筑物的結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生更嚴(yán)重的破壞。因此，在平面設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)將不同方向剪力墻均勻性作為指導(dǎo)依據(jù)。②在剪力墻平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，若單片剪力墻的剛度過(guò)大，也具有一定的消極影響。因?yàn)閱纹瑝偠冗^(guò)大，會(huì)導(dǎo)致該墻承受地震作用過(guò)大，大震中剛度較大的剪力墻發(fā)生破壞后，引起內(nèi)力轉(zhuǎn)移，造成其他剪力墻剪力過(guò)大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的嚴(yán)重破壞。因此應(yīng)確保單片剪力墻的剛度適宜，針對(duì)墻肢較長(zhǎng)的剪力墻，應(yīng)增設(shè)連梁，降低單片剪力墻剛度。③盡量將剪力墻設(shè)置在建筑物周邊，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物機(jī)構(gòu)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的有效預(yù)防。以本工程為例，除了兩側(cè)山墻外，建筑物四周均為通透玻璃幕墻，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)在周邊設(shè)置剪力墻受限，因此需加大周邊框架高度，并增加小墻肢，形成連梁結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)整體抗扭剛度；利用建筑物中間的垂直通道，如電梯間、樓梯間布置剪力墻，形成抵抗水平力效率更高的筒體，提高結(jié)構(gòu)整體平動(dòng)剛度。

2.2 豎向布置設(shè)計(jì)

①本次研究所選取的高層建筑物，地下室采用的是大底盤(pán)結(jié)構(gòu)，高層單體處于地下室靠邊位置，因此，在剪力墻豎向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)控制高層單塔與大底盤(pán)的質(zhì)心偏心距不大于底盤(pán)相應(yīng)邊長(zhǎng)20%。②針對(duì)高層建筑物，其剪力墻的樓層側(cè)向剛度應(yīng)大于相鄰樓層的70%，以充分滿(mǎn)足高層建筑物的抗震需求。以作者設(shè)計(jì)的本工程，建筑專(zhuān)業(yè)為了增加入戶(hù)大堂的空間，提出在首層剪力墻作出轉(zhuǎn)換的方案，但作者考慮轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)會(huì)引起樓層剪力突變，在地震中帶來(lái)的不利影響較大，經(jīng)與建筑溝通，調(diào)整上部剪力墻布置，局部增大開(kāi)間，局部采用懸臂結(jié)構(gòu)，既滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)剪力墻布置，又同時(shí)滿(mǎn)足建筑功能使用空間。③在設(shè)計(jì)剪力墻豎向結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，應(yīng)始終堅(jiān)持下部剛度高和上部剛度低的原則，對(duì)構(gòu)件的剛度和界面尺寸進(jìn)行合理調(diào)整，為豎向設(shè)置的合理性提供有力保障[1]。

3 豎向荷載對(duì)剪力墻的影響

在設(shè)計(jì)高層建筑物結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，隨著建筑物高度的增加，豎向荷載成為主導(dǎo)因素。①應(yīng)充分考慮到偏心作用，降低豎向荷載的偏心對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和剛度產(chǎn)生的不利影響，維持框架和剪力墻之間的平衡。②在計(jì)算剪力墻的豎向荷載時(shí)，應(yīng)充分考慮到不同加載形式對(duì)其結(jié)構(gòu)應(yīng)力產(chǎn)生的作用。③與恒載及水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相比，豎向活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力所占比重很小。因此，多數(shù)情況下，可不考慮活荷載的不利布置，只用滿(mǎn)布活荷載一種情況計(jì)算內(nèi)力，這樣可以大大減小計(jì)算工作量。在豎向活荷載很大時(shí)（大于4kN/m2），必須考慮活荷載不利布置。

4 剪力墻軟件計(jì)算方法

通常情況下，針對(duì)高層建筑物剪力墻的設(shè)計(jì)，大多將振型分解反應(yīng)譜法作為主要計(jì)算方法，將SATWE軟件作為處理和分析數(shù)據(jù)的主要軟件，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要對(duì)抗震設(shè)防烈度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，還需要充分考慮到不同水平地震作用方向?qū)袅Y(jié)構(gòu)剛度造成的影響（如本工程增加45°，135°地震輸入角度），制定針對(duì)剪力墻水平扭轉(zhuǎn)的預(yù)防方案。同時(shí)參照相關(guān)規(guī)范的要求對(duì)各個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。如下結(jié)果：連梁剛度折減系數(shù)為0.8～0.6，其中地震作用下取0.6，風(fēng)荷載作用下取0.8。

5 剪力墻連梁設(shè)計(jì)

剪力墻的連梁設(shè)計(jì)是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，連梁的設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，不經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，難以充分滿(mǎn)足剪力墻的設(shè)計(jì)需求。尤其是在高層建筑物的水平作用下，容易在連梁內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，因此，在設(shè)計(jì)連梁的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到上述問(wèn)題，適當(dāng)增大剪力墻的洞口高度，對(duì)連梁剛度的適當(dāng)折減，實(shí)現(xiàn)降低連梁內(nèi)部應(yīng)力，轉(zhuǎn)移地震力至剪力墻上，增大墻體配筋。達(dá)到對(duì)水平力的有效傳遞，提升連梁設(shè)計(jì)的抗彎承載力。針對(duì)部分存在超筋現(xiàn)象的連梁，應(yīng)將剪力墻看作為獨(dú)立墻肢，在二次多遇地震的情況下分析其內(nèi)部應(yīng)力。通過(guò)以上措施，讓結(jié)構(gòu)具有延性特點(diǎn)，不至于局部強(qiáng)連梁破壞后，引起其附近剪力墻受力突變，產(chǎn)生連續(xù)破壞。

6 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)高層建筑物的剪力墻平面和豎向布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮到豎向荷載的影響，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，做好連梁的設(shè)計(jì)工作，有效提升了剪力墻設(shè)計(jì)的剛度和穩(wěn)定性。在滿(mǎn)足建筑功能使用的情況下，積極探索，找到可行、成本優(yōu)異、具有一定結(jié)構(gòu)冗余度的剪力墻結(jié)構(gòu)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]楊如意.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].河南建材，2018（02）：32～33.