高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)與剪力墻設(shè)計

林燕

摘 要：高層建筑是城市化發(fā)展的重要標(biāo)志，高層建筑樓層多、高度大，所以對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計也提出了更高的要求。本文介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點(diǎn)，對剪力墻設(shè)計，及不同結(jié)構(gòu)類型的剪力墻設(shè)計方法進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計特點(diǎn)；剪力墻設(shè)計

引言

近年來，在剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，許多專家投入了大量的研究，并取得了一些成效，尤其是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件方面。然而，到目前為止仍然沒有一個成熟的數(shù)學(xué)模型。因此，相應(yīng)的施工單位要對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)今所存在的問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過合理的優(yōu)化措施來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，進(jìn)而促進(jìn)建筑工程的后續(xù)發(fā)展。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)概念

剪力墻又被稱為抗風(fēng)墻、抗震墻或者結(jié)構(gòu)墻，是一種剪力墻體，它實際厚度較小，但建設(shè)規(guī)模較大，主要采用鋼筋混凝土墻來代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架中的梁柱，承載外界的各種壓力，自身所具備的承受能力較高，與柱子的受力程度不相上下，并能夠控制結(jié)構(gòu)的水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑物主要的支撐結(jié)構(gòu)，不能被拆除或無法被輕易破壞，承受的壓力主要是外界風(fēng)力或地震等自然災(zāi)害引起的水平荷載，抵抗來自外界的破壞，在一定程度上提升建筑的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)墻體開洞的情況，通常將剪力墻分為雙肢或多肢型剪力墻、壁式框架剪力墻等類型。

二、高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點(diǎn)

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點(diǎn)

為了剖析高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點(diǎn)，有必要認(rèn)識民用建筑的結(jié)構(gòu)與剪力墻的混凝土結(jié)構(gòu)。通常來說，高層民用建筑縱向和橫向承載力與結(jié)構(gòu)的設(shè)計有關(guān)，剪力墻結(jié)構(gòu)形狀增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮到墻體結(jié)構(gòu)抗震性能和自然擺動性能，以防止變形，因此剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計具有良好的穩(wěn)定性。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

根據(jù)墻肢是否開設(shè)洞口， 可將剪力墻分為以下幾種：整截面剪力墻、壁式框架、整體小開口剪力墻、雙肢或多肢剪力墻。整截面剪力墻為開洞較小或無開洞的墻，整個剪力墻類似豎向的懸臂桿；當(dāng)剪力墻開洞面積很大，連系梁和墻肢的剛度均較小，這類剪力墻稱為壁式框架。當(dāng)剪力墻開洞介于以上兩者之間時，根據(jù)連系梁剛度的大小，可分為整體小開口剪力墻和雙肢或多肢剪力墻。整體小開口剪力墻指的是孔面積超過15% 但開口面積較小的墻。這堵墻的受力特征是彎矩圖上的變化，但是在整個高度上沒有回彈點(diǎn)或者只有一個點(diǎn)。雙肢或多肢剪力墻是指具有大孔區(qū)的墻，該墻的力學(xué)特性類似于上述帶有小開口的整體剪力墻。應(yīng)做好連肢墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并特別注意墻肢軸壓比的計算。掌握剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體要求，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)，是高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。

三、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計策略

3.1 確定剪力墻墻肢的長度

剪力墻的截面高度就是剪力墻墻肢的長度，墻肢的長度直接關(guān)系到墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及外觀是否協(xié)調(diào)。一般來說，剪力墻的墻肢長度在8m以內(nèi)，在實際施工的過程中為了確保墻體結(jié)構(gòu)的延展性，減少外力情況下對于墻體的損壞，可以將剪力墻的高度與寬度比例相差較大的地方進(jìn)行彎曲設(shè)計。部分的建筑墻體在實際的施工過程當(dāng)中由于墻體的長度跨度比較大，為了確保墻體高度與寬度比值在合理的范圍之內(nèi)，可以采用墻體連續(xù)開洞的方式，將墻體間隔長度較小、均勻的、連續(xù)的剪力墻肢墻。墻體跨度較大的墻，在進(jìn)行連續(xù)開洞時需要結(jié)合彎矩約束較小的連梁，通過這種建筑設(shè)計的應(yīng)用可以有效的保證墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.2 規(guī)定剪力墻的具體厚度

國家在建筑設(shè)計中明確規(guī)定在進(jìn)行剪力墻設(shè)計，剪力墻的界面尺寸必須符合建筑的抗震等級需求。剪力墻在進(jìn)行抗震等級設(shè)計時，需要增強(qiáng)墻體底部的厚度，確保墻厚度滿足最低200mm 的標(biāo)準(zhǔn)，對于墻體的其他部位也要滿足最低標(biāo)準(zhǔn)160mm 的要求，而獨(dú)立的剪力墻在工程實施的過程中底部厚度要滿足最低標(biāo)準(zhǔn)180mm。

3.3 平面布置

根據(jù)剪力墻設(shè)計的原則及要點(diǎn)，在對剪力墻的平面布置時，要符合均勻?qū)ΨQ的要求，確保兩大中心即剛度中心和質(zhì)量中心能夠重合，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。內(nèi)在剪力墻和外在剪力墻要盡量拉直或者延伸，這樣可以避免一些不平衡力的出現(xiàn)。除此之外，在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最好對剪力墻進(jìn)行雙向或者多向設(shè)置，以便于更大程度上發(fā)揮剪力墻的功能作用。同時，還要重視剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度的設(shè)計。結(jié)合實際，根據(jù)相關(guān)的計算公式精確地算出抗側(cè)力剛度數(shù)值，避免抗側(cè)力剛度過大導(dǎo)致墻體的自身重力上升以及產(chǎn)生過大的震力，不僅增加建設(shè)的成本投入，還影響建筑的穩(wěn)定性和可靠性。

3.4 連梁設(shè)計

剪力墻連接梁作為連接墻肢結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，如果被過度加固、壓縮變形，對整個施工項目的整體質(zhì)量控制效果影響很大。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整剪力墻連接梁的高度，并根據(jù)工程實際情況，科學(xué)地設(shè)計整體高度，以避免因尺寸增大而導(dǎo)致連接梁變形。嚴(yán)格控制剪力墻結(jié)構(gòu)塑性標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)調(diào)整抗震設(shè)計。通過對載荷的科學(xué)分析，在可控范圍內(nèi)，結(jié)合不同的應(yīng)力條件，進(jìn)行相應(yīng)的計算，從而選擇更科學(xué)的實施對策。

3.5 配筋設(shè)計

配筋設(shè)計需以剪力墻的厚度為依據(jù)，當(dāng)墻體厚度大于0.7m 時，應(yīng)采用四排鋼筋，并設(shè)置主筋。在應(yīng)力下應(yīng)均勻排列成一行。當(dāng)墻體厚度小于40cm時，應(yīng)采用雙排鋼筋；當(dāng)墻體厚度為40～70cm 時，應(yīng)采用三排鋼筋。在第一、二、三、四級抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計中，剪力墻豎向配筋與水平配筋的配筋率應(yīng)不小于0.25%，配筋直徑應(yīng)不小于8mm，間距應(yīng)不大于30cm。對某些框支剪力墻結(jié)構(gòu)，配筋率應(yīng)不小于0.3%，配筋直徑應(yīng)不小于8mm，間距應(yīng)不大于20cm，非抗震設(shè)計應(yīng)不小于0.25%。

3.6 邊緣構(gòu)件設(shè)計

剪力墻的邊緣構(gòu)件可分為兩類：邊緣構(gòu)件的構(gòu)造和邊緣構(gòu)件的約束。這兩部件的設(shè)計方法不同。合理設(shè)計邊部結(jié)構(gòu)可以使剪力墻結(jié)構(gòu)更加合理。受限邊緣構(gòu)件主要為暗柱、端柱和翼壁。這些邊緣構(gòu)件在磚混結(jié)構(gòu)中起約束作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較小時，在地震作用下，層與不動點(diǎn)之間的位移較大。此時，邊緣構(gòu)件也會起到相當(dāng)大的約束作用。因此，應(yīng)適當(dāng)增加暗柱和端柱等邊緣構(gòu)件的截面尺寸來加固。受限邊緣構(gòu)件沿墻肢方向的長度和箍筋的特征值應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求。

四、結(jié)束語

綜上所述，本文針對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題進(jìn)行了相應(yīng)的分析與探討，并總結(jié)出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，相應(yīng)的設(shè)計人員要做好結(jié)構(gòu)整體與局部的協(xié)調(diào)工作，通過對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的制定、平面形態(tài)的優(yōu)化以及合理的平面設(shè)置來提高整個剪力墻結(jié)構(gòu)的使用效能，進(jìn)而提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，推動建筑企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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