高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

梁改琴

摘 要：高層的建筑結(jié)構(gòu)因為不斷要承擔垂直的和水平的荷載，同時還要去抵抗地震，而在低層的結(jié)構(gòu)上，水平的荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力以及位移都是非常的小的，所以一般的情況是能夠被忽視的；可是在現(xiàn)代的高層的建筑上，水平的荷載以及地震力的作用已經(jīng)成為了高層的建筑剪力墻的主要控制的因素。剪力墻的結(jié)構(gòu)在水平力餓作用下側(cè)向的變形的特征是彎曲型。本文對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了分析探討。

關(guān)鍵詞：高層剪力墻；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設(shè)計；策略

1 前言

剪力墻也被廣泛的稱之為擋風墻、抗震墻、結(jié)構(gòu)墻，為此它在房屋結(jié)構(gòu)中的主要作用在于抵擋各種荷載，是建筑物主要的支撐結(jié)構(gòu)。剪力墻作為承擔豎向荷載也就是常說的重力、抵擋水平荷載的主要結(jié)構(gòu)，是一個能與墻體、樓板共同組成受力體系的結(jié)構(gòu)，它的主要缺陷在于不能拆除或者說是無法破壞。就目前我國建筑工程現(xiàn)狀而言，剪力墻結(jié)構(gòu)由于造價高、施工困難、材料耗費大的特點而往往被建設(shè)單位所限制，為此在其設(shè)計中需要認真地進行歸納和總結(jié)。

2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主要原則

剪力墻又稱抗風墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。房屋或構(gòu)筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的墻體，防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。

它分平面剪力墻和筒體剪力墻。平面剪力墻用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)、無梁樓蓋體系中。為增加結(jié)構(gòu)的剛度、強度及抗倒塌能力，在某些部位可現(xiàn)澆或預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻?，F(xiàn)澆剪力墻與周邊梁、柱同時澆筑，整體性好。筒體剪力墻用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)中，由電梯間、樓梯間、設(shè)備及輔助用房的間隔墻圍成，筒壁均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，其剛度和強度較平面剪力墻高可承受較大的水平荷載。

墻根據(jù)受力特點可以分為承重墻和剪力墻，前者以承受豎向荷載為主，如砌體墻；后者以承受水平荷載為主。在抗震設(shè)防區(qū)，水平荷載主要由水平地震作用產(chǎn)生，因此剪力墻有時也稱為抗震墻。

如果剪力墻結(jié)構(gòu)要滿足抗震的要求，那么，在設(shè)計時除了要考慮剛度，還要考慮延性，這種延性能承受住非彈性變形反復(fù)循環(huán)。再次，剪力墻最重要也是最需要注意的特點是，如果剪力墻在同一平面內(nèi)，那么它的剛度和承載力就會相對很大，但是平面外這兩者就相對要很小。所以如果與剪力墻連接的是平面外的梁，就非常容易使墻肢在平面外出現(xiàn)彎矩的現(xiàn)象，所以在實際設(shè)計時，應(yīng)該盡可能的不與平面外的梁連接，如果必須要與平面外的梁連接，設(shè)計人員必須要做好保護措施，避免出現(xiàn)剪力墻平面外出現(xiàn)意外事故。

最后，在對剪力墻的設(shè)計進行計算時，不僅要考慮到豎向作用下的結(jié)構(gòu)分析，好要考慮到水平作用下結(jié)構(gòu)分析，在計算出內(nèi)力結(jié)果之后，就要根據(jù)偏壓或者偏拉來驗算。在計算剪力墻承載力時，如果是帶翼墻，那么，計算寬度通常情況下都是取最小值。

3 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計策略

3.1 對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計給予足夠重視

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的布置過程中要將轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計布置好。剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計在建筑物的設(shè)計中占有重要作用，應(yīng)該得到我們的加倍重視，對其重視的同時還要考慮到在高位轉(zhuǎn)換的底部大空間當中，它的結(jié)構(gòu)相對其他空間要復(fù)雜的多。因為當轉(zhuǎn)換層的剛度和質(zhì)量比較高使，轉(zhuǎn)換層會隨著高位轉(zhuǎn)換而升高，其中最應(yīng)該得到重視的是能夠有效的將轉(zhuǎn)換層和上下的剛度調(diào)整到接近的地步，對于轉(zhuǎn)換層來說，質(zhì)量與剛度都不應(yīng)該太大，最終轉(zhuǎn)換層附近能不能達到層間位移角基本均勻的情況，這要控制在水平作用力之下，然后在空間范圍上進行仔細的分析，檢查均勻受力的情況。再轉(zhuǎn)換層中要選擇那些重量與剛度都比較小的材料，在現(xiàn)實計算時，對關(guān)系組合的振型數(shù)要進行仔細的選擇。只有通過計算，才能找出在轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)中，風險度最高的部分，然后再針對這一部分通過內(nèi)力分配的特點進行分析討論，改善風險部分的設(shè)計特點，對構(gòu)件的配筋進行合理的調(diào)整，將薄弱環(huán)節(jié)改為保險環(huán)節(jié)。

3.2 高層建筑的剪力墻的抗震設(shè)計

高層建筑中，剪力墻是主要的抗震結(jié)構(gòu)，因為剪力墻的水平方向的剛度比較大，所以特別容易滿足小震作用下的結(jié)構(gòu)，尤其是高層結(jié)構(gòu)中的側(cè)向位移的限制。但是，對于建筑物的剛度的大小，歷來都有很多的爭議。對于鋼筋混凝土的剪力墻的結(jié)構(gòu)，通過一些地震災(zāi)害的事實表明，剛度比較大的結(jié)構(gòu)通常災(zāi)害要小一些。但是，結(jié)構(gòu)剛度并不能沒有限制的增加，因為在通常的情況下，建筑物的剛度如果越大，承受地震力的水平也會隨著變大，那么工程的費用也就變高了，這里就需要掌握好一個尺度的問題。針對高層建筑，控制這個標準的要素主要有兩個。

（1）控制結(jié)構(gòu)上的水平位移。首先應(yīng)該使結(jié)構(gòu)的水平位移滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的有關(guān)結(jié)構(gòu)水平的位移的限值的規(guī)定。

（2）控制地震力。在地震力的計算值比較小的情況下，有的時候也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的頂點位移滿足要求的一些假象，所以，只有底部的剪力在合理的要求的范圍內(nèi)，對位移和內(nèi)力以及配筋的情況做檢查才有意義，規(guī)范規(guī)定的剪力墻的結(jié)構(gòu)的底部的剪力系數(shù)的范圍可以防止剪力過小。

嚴格控制以上兩個因素，就是對剪力墻的合理布置的有效控制。這些內(nèi)容在《高規(guī)》中并沒有明確的規(guī)定，但是工程師出于結(jié)構(gòu)的安全、設(shè)計的方便、設(shè)計周期的縮短等考慮，往往把結(jié)構(gòu)設(shè)計的比較保守，在一定程度上沒有充分的發(fā)揮材料的性能，在造價上造成了一定的浪費。所以，深入的開展對剪力墻的結(jié)構(gòu)的設(shè)計的研究是非常有現(xiàn)實意義的。

3.3 對于剪力墻連梁設(shè)計的優(yōu)化

我們在進行設(shè)計的時候要去對連梁做出塑造性的幅度的調(diào)整，這樣做的目的是為了達到減少低剪力的設(shè)計數(shù)據(jù)的目的。通常在進行設(shè)計的過程中我們經(jīng)常是去使用這兩種方法來實現(xiàn)在計算內(nèi)力之前先去先折減連梁的剛度，并且在計算之后再把連梁彎矩還有剪力的兩者的值還有折減的系數(shù)相互的乘一下。不論哪種方法，我們都要保證剪力值不小于使用值，否則在地震時容易出現(xiàn)裂縫。

3.4 對底部加強部位設(shè)計的優(yōu)化

在高層的建筑的剪力墻的結(jié)構(gòu)中，底部的加強部位的高度是能夠去選取嵌固部位之上的墻肢的總高度的十分之一還有底部的兩層高度他們兩個中的一個最大的值；底部帶有轉(zhuǎn)換層的這種高層的建筑的結(jié)構(gòu)，它的剪力墻底下的加強的位置上的高度是可以選擇可支層加上框支層以上量層的高度和墻肢總體的高度的十分之一。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，要想更好地做到剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，就要充分分析與掌握其中的關(guān)鍵點，因此有關(guān)人員應(yīng)該密切聯(lián)系高層建筑的客觀實際，制定最優(yōu)化的剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。

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