分析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)問(wèn)題

文/王宏鑫 長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

從建筑發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，高層建筑已經(jīng)成為主流。高層建筑能夠緩解土地資源壓力，滿足人們的建筑需求。不過(guò)在建設(shè)的過(guò)程中，存在著一定的難度。因?yàn)楦邔咏ㄖO(shè)計(jì)不僅要注重質(zhì)量，還需要做好安全性把控?；诖耍疃确治龃苏n題，提出設(shè)計(jì)質(zhì)量把控策略，有著必要性。

1、剪力墻結(jié)構(gòu)分析

從剪力墻設(shè)置方向來(lái)劃分，包括平面剪力墻和筒體剪力墻。剪力墻特征如下：1）抗震能力強(qiáng)；2）墻體剛度大。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，通常情況下墻體高度高，并且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般采取鋼筋混凝土澆筑法，隨著高層建筑不斷增加，剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。從安全性和穩(wěn)定性角度來(lái)說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要做好連梁設(shè)計(jì)的把控。對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范，合理選擇材料，做好材料配比和強(qiáng)度的把控，進(jìn)而保證連梁的抗剪能力。除此之外，要做好連梁高度和洞口寬度的把控。通過(guò)合理折減連梁高度，避免產(chǎn)生裂縫。

2、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 工程概述

以某模擬建筑工程為例，設(shè)計(jì)使用年限為50a，建筑抗震設(shè)防烈度為7度，建筑主體結(jié)構(gòu)為剪力墻，裙房部分為框架結(jié)構(gòu)。建筑總面積為6325.36m2，東西向長(zhǎng)度為41m，南北長(zhǎng)度約為15.2m。建筑平面圖如圖1所示。

圖1 建筑平面圖

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

對(duì)于建筑主體剪力墻的布置，X向的墻肢較長(zhǎng)，Y向墻肢中相對(duì)較長(zhǎng)，墻肢盡量設(shè)計(jì)為T(mén)形或者L形。高度比要＞8。通過(guò)采取系列措施，保證剪力墻結(jié)構(gòu)指標(biāo)能夠達(dá)到建筑規(guī)范。總體指標(biāo)直接影響著建筑結(jié)構(gòu)總體判別，若剛度過(guò)大，周期過(guò)短，極易增加地震效應(yīng)，造成資源浪費(fèi)[1]。若剛度效小，建筑結(jié)構(gòu)變形大，極易影響建筑物的使用性能?；诖?，需要合理控制設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于埋深的要求，通常情況下高層建筑需要設(shè)置地下室。使用筏板基礎(chǔ)，做好筏板厚度的把控，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性以及工程建設(shè)效益。此建筑工程地上部分12層，地下1層?；诮ㄖ辈鞌?shù)據(jù)，筏板厚度選擇為1000mm，考慮到建筑效益，經(jīng)過(guò)計(jì)算，最終選擇800mm。在選擇基礎(chǔ)形式時(shí)，要做好方案對(duì)比分析，選擇最佳的基礎(chǔ)方案。此建筑工程長(zhǎng)度50m，超過(guò)了規(guī)范要求，即45m，基于此采取后澆帶的方式，解決建筑結(jié)構(gòu)過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題。

2.4 剪力墻設(shè)計(jì)

此建筑剪力墻布置，剛心和質(zhì)心x向的位置相應(yīng)；剛心和y向的差為0.5m。采取此方案，不僅能夠減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，還能夠保證經(jīng)濟(jì)性。將主梁布置在建筑剪力墻上，需要在對(duì)應(yīng)的位置布置暗柱，實(shí)現(xiàn)彎矩控制。剪力墻參數(shù)如表1所示。在外側(cè)布置水平鋼筋，在內(nèi)側(cè)布置豎向鋼筋。按照高層建筑規(guī)范，設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

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3、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)問(wèn)題的把控

3.1 嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)

對(duì)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范，做好連梁設(shè)計(jì)的把控。對(duì)于跨高比小于5的剪力墻結(jié)構(gòu)連梁，要遵循設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)按照框架梁設(shè)計(jì)。剪跨比小于5的連梁，受到豎向荷載作用，彎矩占據(jù)的比例小[2]。受到水平荷載作用，極易產(chǎn)生反彎，極易產(chǎn)生剪切裂縫。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于不同跨高比的連梁構(gòu)件，要使用合理的代號(hào)。對(duì)于建筑的抗震設(shè)計(jì)，要將墻肢的長(zhǎng)度，控制在600mm以上。對(duì)于腰筋的設(shè)計(jì)，其長(zhǎng)度要大于墻體水平分布的鋼筋。總的來(lái)說(shuō)，開(kāi)展剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)，要嚴(yán)格按照高層建筑規(guī)范，做好優(yōu)化分析，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.2 塑性調(diào)幅連梁彎矩

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)時(shí)，若采取其他方法，仍舊存在抗剪承載力超限問(wèn)題，可以采取塑性調(diào)幅連梁彎矩的措施。需要注意的是，經(jīng)過(guò)全部調(diào)幅后，彎矩設(shè)計(jì)值不可以小于調(diào)幅前的0.8倍或者0.5倍，同時(shí)不可以低于風(fēng)荷載作用下的彎矩。除此之外，要按照相關(guān)規(guī)定，對(duì)經(jīng)過(guò)彎矩調(diào)幅后的剪力進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)驗(yàn)算抗剪承載力。開(kāi)展高層建剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)，受到各類因素的制約較大。連梁內(nèi)力和剪力墻多少以及連梁剛度等，有著直接的關(guān)系?；诖耍谶M(jìn)行連梁設(shè)計(jì)時(shí)，要做好各項(xiàng)因素的綜合分析，進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以保證設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性以及科學(xué)性。

3.3 做好剛度和強(qiáng)度的把控

在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證建筑的安全性和穩(wěn)定性，需要做好剛度以及強(qiáng)度的把控。設(shè)計(jì)人員要明確樓層水平荷載承受的最大值，了解其側(cè)壓力承受能力。在其可承受范圍內(nèi)，明確高層建筑各樓層的強(qiáng)度和剛度。完成設(shè)計(jì)后，需要做好分析和檢查工作，保證設(shè)計(jì)的合理性[3]。對(duì)于連梁設(shè)計(jì)，要做好全面的把控，保證建筑的抗震性能，進(jìn)而保證使用者的財(cái)產(chǎn)安全以及生命安全。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要做好細(xì)部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，保證建筑的安全性以及穩(wěn)固性，確保澆板受力的均勻性。

3.4 做好常見(jiàn)問(wèn)題的把控

在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)時(shí)，要做好常見(jiàn)問(wèn)題的把控，具體從以下方面入手：1）連梁剛度折減。受到連梁跨高度和墻肢剛度因素的影響，連梁的剛度極易發(fā)生變化。若連梁剛度減少，則會(huì)影響著建筑的抗震能力，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重撞擊時(shí)，極易發(fā)生倒塌事故?；诖耍谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，要合理折減連梁剛度。除此之外，考慮到地震的影響，連梁裂縫和變形問(wèn)題常見(jiàn)?；诖?，對(duì)于以風(fēng)荷載為主要控制因素的高層建筑，要將連梁剛度折減系數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，盡量選擇最大值[4]。對(duì)于以地震為主要控制因素的高層建筑，折減系數(shù)要＞0.55。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁，在風(fēng)載荷的作用下，可能會(huì)產(chǎn)生連梁的正截面剛度降低情況，極易引發(fā)結(jié)構(gòu)變形。對(duì)于此問(wèn)題，采取增加剪力墻厚度的方式，來(lái)提高其承載能力。2）連梁承載力。部分連梁剛度折減后，其承載力仍舊無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于此問(wèn)題，可以適當(dāng)降低連梁彎矩，即采取提高彎矩值的措施，來(lái)保證連梁的承載力。

3.5 合理選擇連梁形式

為了能夠達(dá)到高層建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計(jì)，要合理選擇連梁形式。若使用型鋼混凝土連梁，則需要按照高層建筑規(guī)范的具體要求，做好設(shè)計(jì)把控。通常情況下，此方法適用于超高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于型鋼混凝土連梁具有復(fù)雜性，增加了施工難度，因此需要做好施工環(huán)節(jié)的把控。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要從建筑整體設(shè)計(jì)出發(fā)，做好綜合分析來(lái)選擇，保證設(shè)計(jì)的有效性[5]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，對(duì)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)，要注意折減問(wèn)題、風(fēng)荷載問(wèn)題等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，做好常見(jiàn)問(wèn)題的把控，尤其是剛度和強(qiáng)度的把控。合理選擇連梁形式，應(yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，做好設(shè)計(jì)全方面的把控，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。