高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析

武英俊 楊家寶

（1.西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西省西安市 710000 2.陜西中弘建筑科技控股（集團(tuán)）有限公司 陜西省西安市 710100）

1 引言

近幾年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用受到了建筑企業(yè)的高度重視，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災(zāi)害帶來的水平荷載。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

剪力墻結(jié)構(gòu)的主要作用是為了提高縱向荷載和豎向荷載，因此它的設(shè)計(jì)和應(yīng)用也是項(xiàng)復(fù)雜的工程。但在設(shè)計(jì)的過程中我們要從質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，不能為了減少資金投入而把質(zhì)量安全拋之腦后，所以剪力墻結(jié)構(gòu)要全面考慮一些位移限制值因素和一些荷載構(gòu)件的組成，既要保證質(zhì)量安全，也要保證經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。對剪力墻設(shè)計(jì)時，剪力墻的數(shù)量要符合我國相關(guān)部門規(guī)定的位移限制值，數(shù)量盡可能的減少到最小，也不能影響剪力墻所承受的傾覆矩力。接下來就對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則進(jìn)行分析。

2.1 調(diào)整剪力系數(shù)最小原則

對剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，盡量使它的框架布置減小，大開間剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中是最完美的設(shè)計(jì)方案，它的側(cè)向荷載、剛性強(qiáng)度也是最佳。另外，盡量調(diào)整剪力墻的系數(shù)達(dá)到最小，但應(yīng)符合規(guī)定的極限范圍。剪力墻所能承受地震引起的傾覆力矩不大于高層建筑底部承受地震引起的傾覆力矩的1/4，這樣既減少了高層建筑的自重，也減少了剪力墻結(jié)構(gòu)所承受的壓力，更降低了自然災(zāi)害帶來的風(fēng)險，節(jié)約了投資成本。

2.2 調(diào)整樓層間位移和層高的比例

如果樓層所在的地區(qū)很容易發(fā)生地震，最大樓層位移的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出來之后，首先是可以保存在剪力墻結(jié)構(gòu)的整體變形彎曲，但應(yīng)先計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形在計(jì)入以彎曲變形為核心的高層建筑中。扭曲變形和剪力變形是高層建筑建設(shè)過程中主要的考慮因素，更是整個建筑質(zhì)量的主要不利因素。高層建筑剪力墻豎向荷載是由豎向樓層數(shù)量決定的，在施工中，建筑構(gòu)件的多少來增強(qiáng)豎向的承受力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要從建設(shè)布局整體綜合考慮來減少建筑的扭轉(zhuǎn)變形，這樣樓層間的位移就不會因?yàn)闃菍优まD(zhuǎn)變形發(fā)生太大的變化。因此，在建設(shè)過程中，不要一味的認(rèn)為樓層間的位移可以確定豎向荷載的強(qiáng)度，而應(yīng)該減少豎向扭轉(zhuǎn)變形來增大高層建筑縱向方向的剛性強(qiáng)度、承受力，從而減小樓層之間位移變化的可能。

2.3 調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的連續(xù)超限

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)跨高會產(chǎn)生彎曲力矩及剪力太大超過了標(biāo)準(zhǔn)要求，會導(dǎo)致高層建筑出現(xiàn)斷裂和居住風(fēng)險，所以一般剪力墻結(jié)構(gòu)的跨度比控制在不小于2.5的范圍內(nèi)。根據(jù)我國相關(guān)部門的嚴(yán)格規(guī)定，如果跨度比不大于或等于5時，連續(xù)梁是不允許被拆除的。選擇一個合適的跨度比也是高層建筑的關(guān)鍵，正確選擇跨度比可以減小彎曲力矩及剪力過大產(chǎn)生的可能，使整個高層建筑剪力墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以在規(guī)定的范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)中對這方面嚴(yán)格要求，可以大大減少成本花費(fèi)。在設(shè)計(jì)中，我們要綜合考慮設(shè)計(jì)過程可能出現(xiàn)的不利因素，不應(yīng)該只要符合相關(guān)部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)就算完工，比如，建筑物的表面和建設(shè)均勻、剪力墻結(jié)構(gòu)要和房屋中心有一定的距離，依次來保證高層建筑的抗變形能力。

3 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度與配筋

根據(jù)我國建筑施工管理的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)發(fā)生地震等一些自然災(zāi)害時，規(guī)定高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級為8時，剪力墻的抗震等級為一、二級時，剪力墻墻底部分的厚度應(yīng)該大于200mm，同時還要嚴(yán)格控制墻底加強(qiáng)部分的厚度不能小于或等于整個樓高的1/16，當(dāng)剪力墻抗震等級為三、四時，它剪力墻底部分的厚度大于整個樓高的1/20，墻底加強(qiáng)部分的厚度不小于160mm，其他部位剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，墻底厚度不小于層高的1/25，墻底加強(qiáng)部分的厚度大于180mm。對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋處理時，高層建筑剪力墻使用的混凝土，它的配筋率應(yīng)該大于25%，剪力墻底部加強(qiáng)部分使用的混凝土，它的配筋率應(yīng)該大于30%，不同的部位混凝土的配筋率不同，以此來確保各個部分混凝土的剛性強(qiáng)度和抗壓性。另外，高層建筑框架剪力墻主要承受水平方向和豎直方向的壓力，因此水平方向配筋和豎直方向配筋是有不同嚴(yán)格的要求，一般情況下水平方向鋼筋的鋪設(shè)在外側(cè)，豎直方向鋼筋的鋪設(shè)在內(nèi)側(cè)。高層建筑剪力墻水平方向的配筋是指建筑墻體水平方向鋼筋的鋪設(shè)，水平方向鋼筋的鋪設(shè)可以提高剪力墻的耐高溫性。對于一些建設(shè)面積較大的墻體，它的剪力墻配筋率要高一些，特別是大型建筑的連梁和一些受熱比較大的墻體，以此來確保高層建筑中剪力墻使用的穩(wěn)定性。豎直方向提高混凝土配筋率是為了減小建筑墻體出現(xiàn)彎曲變形、扭曲變形的可能。豎向配筋應(yīng)該首先增加剪力墻邊緣部分的配筋，而且配筋之間的距離需要保持在300mm以內(nèi)，同時還要保證豎直方向的配筋率低于水平方向配筋率，這時剪力墻結(jié)構(gòu)的抗剪能力就會大于抗彎曲變形力矩，以此提高了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力。表1就是我國某高層建筑有關(guān)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

表1 高層混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度

3.2 大面超長剪力墻結(jié)構(gòu)的整治

近年來，隨著大型建筑工程的增多，許多建筑工程都采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，但大部分剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮縫都出現(xiàn)了不合格的現(xiàn)象，對于一些超長的剪力墻，它的伸縮縫間距特別大超出了規(guī)定的范圍，因此對于大面超長剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要符合規(guī)定設(shè)置的范圍還要設(shè)置溫度伸縮縫。因?yàn)闇囟壬炜s縫在高層建筑中起著關(guān)鍵性作用，溫度伸縮縫可以避免因溫度過大墻體產(chǎn)生變形、裂縫的風(fēng)險。雖然伸縮縫可以減少墻體產(chǎn)生裂縫、變形的可能，但是還是有許多導(dǎo)致墻體裂縫、變形的不利因素，例如：剪力墻的面積越大、長度越長就會導(dǎo)致混凝土的用量增加，從而導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮能力增加，最終就會導(dǎo)致了高層建筑出現(xiàn)彎曲變形、扭曲變形以及開裂，所以在設(shè)計(jì)過程中，我們要考慮各個方面的因素，把一切產(chǎn)生不利因素的可能降到最低。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計(jì)

高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對抗震能力起著關(guān)鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強(qiáng)度比較大，完全可以抵制小型地震。隨著高層建筑剛性強(qiáng)度的增加，它的抗震能力也隨著增加，但是成本投入也比較大，因此我們要對高層建筑進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，爭取做到“低消耗、高效益”。接下來就從這兩個方面來提高抗震能力：①控制剪力墻結(jié)構(gòu)水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規(guī)定的位移限制值。②地震力的控制；當(dāng)?shù)卣鹆^小的時候，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力和結(jié)構(gòu)位移值會出現(xiàn)滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對位移、內(nèi)力、配筋進(jìn)行合理的設(shè)置才有意義，同時還要調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)底部的剪力系數(shù)，只有深入了解剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，才能全面提高高層建筑的實(shí)用性。

4 結(jié)束語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑的應(yīng)用十分廣泛，但剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在實(shí)際設(shè)計(jì)中總是會受到許多不利因素的影響，促使剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑施工中會出現(xiàn)一些問題，所以相關(guān)工作人員要選擇一個最佳的剪力墻設(shè)計(jì)方案，在施工過程中加強(qiáng)管理力度，為提高高層建筑質(zhì)量和安全性提供了有力的保障。