高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

趙富燚

【摘 ?要】為了滿足社會和經(jīng)濟發(fā)展對住房的需求，高層建筑逐漸成為了建筑工程中重要的組成部分。高層建筑作為城市設(shè)施的一部分，一定程度上代表了城市的形象，同時它也象征著經(jīng)濟發(fā)展的水平。在經(jīng)濟飛速發(fā)展的當(dāng)今社會，給建筑行業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境，但也對建筑數(shù)量、質(zhì)量等有了更高標(biāo)準的要求。建筑水平是現(xiàn)代化發(fā)展的標(biāo)志。將鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑中，能有效提高建筑的穩(wěn)定性，保證建筑物的使用安全。采取的建筑方法不同，對資金的需求也會不同，因此需要對鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行研究，以實現(xiàn)節(jié)約成本，提高建筑質(zhì)量的目的。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土;剪力墻結(jié)構(gòu);設(shè)計方法;優(yōu)化措施

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

1.1剪力墻的厚度一般比較小，而高和寬的尺寸卻比較大，受力形態(tài)接近于柱體。但是它與柱體還是存在一定的區(qū)別，主要表現(xiàn)在剪力墻肢長與厚度之間的比值，在比值小于等于3時，可以按照柱體來設(shè)計，當(dāng)比值在3～5之間時，被視為異形柱，需要按照雙向受壓構(gòu)件設(shè)計。

1.2剪力墻的主要特點：在同一平面內(nèi)荷載力和剛度比較大，而在平面外的荷載力和剛度就相對較小。因此，需要注意不要在平面外接搭，如果實在避免不了時就要按照相關(guān)規(guī)定采取相對應(yīng)的措施，確保剪力墻平面外的安全。

1.3在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，墻屬于一個平面構(gòu)件，在承受著沿著平面作用的水平剪力和彎矩之外，還需要承擔(dān)豎向壓力。由于在多力結(jié)合狀態(tài)下工作，除了要滿足剛度的要求之外，還需要滿足非彈性變形下的延性。

1.4墻體的設(shè)計主要是計算水平和豎向作用下的結(jié)構(gòu)整體的內(nèi)力，在求得內(nèi)力后，根據(jù)偏拉或者偏壓來進行斜截面受剪荷載力和正截面荷載力的計算。

二、高層住宅鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計要點

2.1水平荷載在剪力墻設(shè)計時發(fā)揮巨大作用

高層建筑不同結(jié)構(gòu)和自身的自重、荷載產(chǎn)生的軸力和彎矩大小有直接的關(guān)系，且和樓房的高度呈正比。對于同一個高層建筑而言，自重和其他豎向等荷載基本都是呈現(xiàn)一定的比值，其反應(yīng)出來的數(shù)值都會和本身的結(jié)構(gòu)特性有很大的關(guān)系，甚至?xí)谑褂玫倪^程中產(chǎn)生較大幅度的變化。

2.2產(chǎn)生較大的軸向變形

在廣大高層建筑建設(shè)的過程中，豎向的自重將會產(chǎn)生較大的載荷，如果不對其進行合理控制的話，將會使得其在使用的過程中產(chǎn)生巨大的軸向變形，進而對連續(xù)的梁彎矩產(chǎn)生較大的影響。另外，在使用的過程中也會對不同構(gòu)件的側(cè)移產(chǎn)生很大的影響，最終使得整體結(jié)構(gòu)變得更加不安全。

2.3高層剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部的側(cè)移因素

在水平荷載的條件下，隨著建筑高度的不斷增加，不同建筑將會在使用的過程中產(chǎn)生不同程度的位移。所以，在水平荷載的作用下，尤其應(yīng)該將側(cè)移控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.4結(jié)構(gòu)延性一直都在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中發(fā)揮重大的作用

在地震的環(huán)境下，高層建筑將會在使用的過程中產(chǎn)生更大的變形。因此，為了能夠讓建筑進入到塑性階段之后有更強的變形能力，從而使得建筑不會因此倒塌。所以，在必要時必須采用一定的構(gòu)造措施，使建筑本身有足夠的延性。

三、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)分析

3.1框架部分

當(dāng)發(fā)生地震時，由框架和剪力墻兩個部分來共同承擔(dān)地震對房屋的傾覆力，如果框架承擔(dān)的部分大于傾斜力矩的50%以上時，說明大部分的框架已經(jīng)在建造的過程中居于主體的地位，尤其應(yīng)該在之后加強其抗震能力。如果按照純框架的要求來確定抗震的等級和軸比，則可以通過純框架規(guī)定的限制來有效地實現(xiàn)。另外，也可以取框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)之間的值來有效地設(shè)定高度和寬度的比，當(dāng)框架部分承擔(dān)的百分比接近于0時，尤其應(yīng)該讓剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置合適的高度和寬度比;如果框架部分承擔(dān)的百分比已經(jīng)接近于100%時，則應(yīng)該取接近于高度和寬度的比值。

3.2框架剪力墻內(nèi)部總剪力的調(diào)整

框架剪力墻內(nèi)部的抗剪剛度較小，所以，如果一旦發(fā)生地震，剪力墻應(yīng)該承擔(dān)因為地震而引發(fā)的總剪力。正因為框架柱只能承擔(dān)很小的一部分，所以其地震作用所產(chǎn)生的內(nèi)力也應(yīng)該很小。如果僅將框架作為抗震的第二道防線，那么未免顯得過于單薄。只有規(guī)定讓所有的框架承擔(dān)的地震剪力都不應(yīng)該小于一定的值，才能夠更好地增強其抗震能力。最后，一定要在所有樓層的剪力系數(shù)最小的背景下才能夠調(diào)整框架剪力系數(shù)。

四、高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

4.1底層框架柱布置

如果采用底部框架剪力墻的結(jié)構(gòu)，底部轉(zhuǎn)換柱的柱距不能夠太大，8m以內(nèi)是比較好的控制，為了盡量避免二次轉(zhuǎn)換，最多只能夠在一根框架梁上設(shè)置一扇非落地的剪力墻。在功能方面，底部框架剪力墻的民用建筑大多是商業(yè)建筑，上部結(jié)構(gòu)可分為兩個開間，無論上層建筑用于辦公或住宅，其上部結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的開建的尺寸都能夠滿足這個使用功能。同時，考慮到大框架梁的高度一般為梁跨的1/8～1/5，如果柱間距過大，則梁截面及其配筋率將超過極限，也很容易出現(xiàn)梁的剪力、彎矩超限，造成嚴重的安全隱患。

4.2連梁設(shè)計

作為一件耗能構(gòu)件，如果剪力墻連梁被剪切破壞，就會對于建筑物的防震抗震非常不利，并且大大降低結(jié)構(gòu)的延性。因此要非常重視對于連梁的強剪弱彎計算，以保證連梁的剪切破壞晚于彎曲破壞。一定不能人為加大連梁的縱筋，這會導(dǎo)致難以滿足連梁強剪弱彎的要求。同時也不能一味的增加箍筋，如果連梁的結(jié)構(gòu)控制條件沒有被滿足，盲目的提高箍筋率會導(dǎo)致剪切破壞發(fā)生在箍筋尚未產(chǎn)生作用之前。而針對連梁截面的抗剪計算，對于那些跨髙比大于2.5的連梁，把它的剪力設(shè)計值乘以增大系數(shù)是必須的。

4.3長墻肢的處理

髙層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)還必須具備足夠的展延性，特別是對于具有細高形狀的剪力墻，即具有較好的延性和彎曲破壞性能，從而可以避免脆性剪切破壞。然而，在長墻肢的情況下，為了滿足每個壁的每個截面的高度與寬度之比都超過二，就需要采用開洞的方法，以此來把長墻分割，稱為一段段小而均勻的墻段。另外，當(dāng)墻體截面長度較小時，由于彎曲引起的裂縫寬度相對較小，因此可以充分發(fā)揮箍筋對于剪力墻的加固效果。

五、結(jié)束語

在建筑行業(yè)朝著高層建筑形式快速發(fā)展的過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)的運用越來越廣泛，需要將剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，以提高建筑的安全性和抗震性。因此需要結(jié)合實際情況進行科學(xué)合理的設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)。對鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，不但能保證設(shè)計方案的可行性，同時能實現(xiàn)資源的節(jié)約和環(huán)境的保護，促進生態(tài)健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]王建業(yè).高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].工程設(shè)計，2017（03）.

[2]付斯.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)注要點[J].建筑節(jié)能，2017（04）.

[3]王劍.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點分析[J].建筑節(jié)能，2017（07）.

[4]王孟國.建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（36）.

（作者單位：中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司）