高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

田靚

摘 要：剪力墻也被廣泛的稱之為擋風(fēng)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(dān)豎向荷載也就是常說(shuō)的重力、抵擋水平荷載的主要結(jié)構(gòu)，是一個(gè)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(shuō)是無(wú)法破壞。就目前我國(guó)建筑工程現(xiàn)狀而言，剪力墻結(jié)構(gòu)由于造價(jià)高、施工困難、材料耗費(fèi)大的特點(diǎn)而往往被建設(shè)單位所限制，為此在其設(shè)計(jì)中需要認(rèn)真地進(jìn)行歸納和總結(jié)。

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

1 前言

隨著人們生活的日益豐富，高層建筑的數(shù)量也在持續(xù)增加，而對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)上，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要作用，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理選型和優(yōu)化布置，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)就節(jié)省了許多不必要的花費(fèi)。本文對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討。

2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概述

高層的建筑結(jié)構(gòu)因?yàn)椴粩嘁袚?dān)垂直的和水平的荷載，同時(shí)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。剪力墻的結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的豎向的荷載還有水平的荷載的能力都是非常的大的。它的主要特點(diǎn)是整體性比較好，而且側(cè)向的剛度也比較大大，同時(shí)水平力作用下的側(cè)移比較小，而且因?yàn)闆]有梁和柱等外露等凸出的問(wèn)題，所以桁架的方便進(jìn)行房間內(nèi)部的布置。在水平的地震作用下，高層的短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為整體呈現(xiàn)彎曲的變形，底部的外圍的小墻肢承因?yàn)樨Q向的荷載很大，鎖業(yè)破壞也就嚴(yán)重，尤其是一字形的小墻肢的破壞是最厲害的。

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

剪力墻又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)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(wú)梁樓蓋體系中。為增加結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(shí)也稱為抗震墻。

最后，在對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，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(jì)算出內(nèi)力結(jié)果之后，就要根據(jù)偏壓或者偏拉來(lái)驗(yàn)算。在計(jì)算剪力墻承載力時(shí)，如果是帶翼墻，那么，計(jì)算寬度通常情況下都是取最小值。

4 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

4.1 對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)給予足夠重視

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的布置過(guò)程中要將轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置好。剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在建筑物的設(shè)計(jì)中占有重要作用，應(yīng)該得到我們的加倍重視，對(duì)其重視的同時(shí)還要考慮到在高位轉(zhuǎn)換的底部大空間當(dāng)中，它的結(jié)構(gòu)相對(duì)其他空間要復(fù)雜的多。因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)換層的剛度和質(zhì)量比較高使，轉(zhuǎn)換層會(huì)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(duì)于轉(zhuǎn)換層來(lái)說(shuō)，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(dá)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(jìn)行仔細(xì)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(shí)計(jì)算時(shí)，對(duì)關(guān)系組合的振型數(shù)要進(jìn)行仔細(xì)的選擇。只有通過(guò)計(jì)算，才能找出在轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)中，風(fēng)險(xiǎn)度最高的部分，然后再針對(duì)這一部分通過(guò)內(nèi)力分配的特點(diǎn)進(jìn)行分析討論，改善風(fēng)險(xiǎn)部分的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)構(gòu)件的配筋進(jìn)行合理的調(diào)整，將薄弱環(huán)節(jié)改為保險(xiǎn)環(huán)節(jié)。

4.2 高層建筑的剪力墻的抗震設(shè)計(jì)

高層建筑中，剪力墻是主要的抗震結(jié)構(gòu)，因?yàn)榧袅Φ乃椒较虻膭偠缺容^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(duì)于建筑物的剛度的大小，歷來(lái)都有很多的爭(zhēng)議。對(duì)于鋼筋混凝土的剪力墻的結(jié)構(gòu)，通過(guò)一些地震災(zāi)害的事實(shí)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?yàn)樵谕ǔ５那闆r下，建筑物的剛度如果越大，承受地震力的水平也會(huì)隨著變大，那么工程的費(fèi)用也就變高了，這里就需要掌握好一個(gè)尺度的問(wèn)題。針對(duì)高層建筑，控制這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要素主要有兩個(gè)。

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。

控制地震力。在地震力的計(jì)算值比較小的情況下，有的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)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(duì)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(guò)小。

嚴(yán)格控制以上兩個(gè)因素，就是對(duì)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(jì)的方便、設(shè)計(jì)周期的縮短等考慮，往往把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jià)上造成了一定的浪費(fèi)。所以，深入的開展對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的研究是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。

4.3 對(duì)于剪力墻連梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化

我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要去對(duì)連梁做出塑造性的幅度的調(diào)整，這樣做的目的是為了達(dá)到減少低剪力的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的目的。通常在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們經(jīng)常是去使用這兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)在計(jì)算內(nèi)力之前先去先折減連梁的剛度，并且在計(jì)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(shí)容易出現(xiàn)裂縫。

4.4 對(duì)底部加強(qiáng)部位設(shè)計(jì)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(qiáng)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(gè)中的一個(gè)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(qiáng)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。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)，就要充分分析與掌握其中的關(guān)鍵點(diǎn)，因此有關(guān)人員應(yīng)該密切聯(lián)系高層建筑的客觀實(shí)際，制定最優(yōu)化的剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

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