淺談高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)

李娜

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)（shear wall structure）是指能夠代替框架結(jié)構(gòu)中梁柱承擔(dān)各類(lèi)水平、豎向荷載并能有效控制結(jié)構(gòu)水平力的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有增加建筑物內(nèi)部空間、減少用鋼量等優(yōu)點(diǎn)，目前在高層房屋尤其是高層住宅建筑得到大規(guī)模的運(yùn)用。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，在造價(jià)一定條件下，如何最大限度地提高剪力墻的剛度，對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)安全效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題；要點(diǎn)

1 引言

隨著我國(guó)的建筑朝高層的方向發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)也得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。為了充分地將剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)的作用充分發(fā)揮出來(lái)，切實(shí)提高建筑物自身的抗震性能，本文結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的布置、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及計(jì)算與配筋等要點(diǎn)進(jìn)行分析。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本含義

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的定義

剪力墻結(jié)構(gòu)的定義為：①剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的鋼筋混凝土墻；②高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；③剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的下限

當(dāng)墻較少時(shí)，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下限規(guī)范沒(méi)有規(guī)定，設(shè)計(jì)師可以靈活掌握。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)運(yùn)用存在的幾個(gè)問(wèn)題

剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛地運(yùn)用在高層建筑工程的施工中，雖然具有良好的整體性、剛度大以及抗側(cè)力好的優(yōu)點(diǎn)，但是其自身也具有一定的缺陷：（1）由于剪力墻具有很大的剛度和很強(qiáng)的抗側(cè)力，如果地震效應(yīng)比較高，那么將會(huì)提高建筑基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本；（2）如果使用的混凝土比較多，那么將會(huì)給建筑工程自身的重量以及其具備的平面功能產(chǎn)生影響；（3）建筑墻肢結(jié)構(gòu)自身的軸壓力較低，那么就不能將墻肢自身的承載壓力充分的發(fā)揮出來(lái)； 由此可見(jiàn)，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)，不僅要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)自身的抗側(cè)能力進(jìn)行考慮，而且還要對(duì)建筑工程的施工成本進(jìn)行考慮。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)

4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，其自身具備的水平地震作用力、豎向荷載力以及風(fēng)荷載力主要運(yùn)用鋼筋混凝土剪力墻進(jìn)行承擔(dān)，因此，在布置剪力墻時(shí)，要能夠達(dá)到建筑物自身的要求，找出結(jié)構(gòu)自身的軸線，規(guī)則性的進(jìn)行對(duì)稱布置。在布置時(shí)，除了要對(duì)豎向承載構(gòu)件進(jìn)行考慮和布置外，還要對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性進(jìn)行考慮，防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。主要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）慎重選擇短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。雖然使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ㄖM(jìn)行靈活的布置，減少建筑結(jié)構(gòu)自身的重量，但是其自身具有的抗震性能不強(qiáng)，不能很好的保證建筑自身的安全。因此，在選擇該結(jié)構(gòu)時(shí)，要慎重考慮選擇。

（2）不能出現(xiàn)獨(dú)立的小墻肢。如果在建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)獨(dú)立墻肢，那么將會(huì)增加施工難度。在工程設(shè)計(jì)中，可以運(yùn)用合并洞口、合理布置建筑剪力墻的方式，來(lái)消除獨(dú)立墻肢，進(jìn)而降低施工難度。

（3）保證剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度力度。如果剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大，那么其施工周期較短，地震力比較大，消耗施工材料多，不具有經(jīng)濟(jì)性。另外，由于地震力較大，將會(huì)導(dǎo)致墻肢、連梁超筋以及截面不能滿足抗剪力的標(biāo)準(zhǔn)，加大截面設(shè)計(jì)的難度。因此，需要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的整體剛度力度進(jìn)行有效地控制，確保能夠達(dá)到位移限值的要求。

4.2 對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行控制

為了有效的保證結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)合理性，需要對(duì)位移比、剛重比、側(cè)向剛度比、層間位移角以及周期比等參數(shù)進(jìn)行控制。其中，位移比指的是在高層建筑中，其豎向構(gòu)件自身的層間位移、水平位移和本樓層平均值之間的比值。主要對(duì)結(jié)構(gòu)布置自身具有的不規(guī)則性進(jìn)行限值，能夠防止出現(xiàn)大的偏心力，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。另外，位移比限制主要是將剛性樓板為基礎(chǔ)進(jìn)行確定的，在對(duì)偏心力因素進(jìn)行考慮的前提下，高樓建筑中豎向構(gòu)件中的位移比不能高于1.2。

4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算和配筋

（1）剪力墻的墻身。剪力墻中包括豎向鋼筋和水平向鋼筋，在對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造和計(jì)算時(shí)，要對(duì)其用量進(jìn)行確定，主要對(duì)正截面中的抗彎承載力、斜截面中的抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。剪力墻中的鋼筋配置要求為：在一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的抗震設(shè)計(jì)中，豎向配筋率與水平配筋率不能低于0.25%；在四級(jí)、非抗震設(shè)計(jì)中，其配筋率不能低于0.2%。另外，剪力墻的豎向鋼筋與水平鋼筋之間的距離適宜在300mm 左右，直徑不能低于8mm。

（2）連梁。剪力墻自身只有具備了一定的強(qiáng)度和剛度，才能夠保證墻體與連梁的協(xié)調(diào)工作。通常情況下，連梁具有提高剪力墻剛度、緊密連接墻肢的作用。因此，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，要相應(yīng)的折減連梁的剛度。其折減值不能低于0.5，取值范圍適宜控制在0.5 ～ 1.0。如果在對(duì)折減剛度后，建筑結(jié)構(gòu)的正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力不足，那么可以通過(guò)降低連梁高度、減小整體剛度的方式，來(lái)減少地震帶來(lái)的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來(lái)越高，普通框架結(jié)構(gòu)和框架―剪力墻的露柱構(gòu)件對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間使用和立面美觀的要求。由此剪力墻結(jié)構(gòu)越來(lái)越多的出現(xiàn)在建筑行業(yè)里，然而隨著人們對(duì)住宅使用功能要求的日漸增加，也給剪力墻設(shè)計(jì)帶來(lái)了不少的難度，所以這就需要設(shè)計(jì)人員能夠使剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，克服其缺陷。

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