高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻的應(yīng)用

劉波

摘? ? 要：高層建筑對于抗震有很高的要求，需要豎向構(gòu)件自身能夠承受較大的軸向壓力水平荷載，剪力墻能夠滿足高層建筑對承載力和剛度需求。通過合理的剪力墻布置，不僅能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的承載力要求，同時也能使高層建筑內(nèi)部空間達到最大化的利用、以及建造成本的經(jīng)濟最大化。本文將從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻的實際應(yīng)用進行討論分析，并提出建設(shè)性的建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;剪力墻

1? 剪力墻的種類

結(jié)合剪力墻的現(xiàn)實應(yīng)用情況以及剪力墻的自身開洞狀況進行分類，可以分成四類，整體剪力墻，小開口整體剪力墻，聯(lián)肢剪力墻，壁式框架剪力墻。

整體剪力墻是指那種剪力墻沒有洞口，或者是在剪力墻的洞口小于墻體整體面積的15%這主要是要結(jié)合墻體的實際情況判斷整個洞口同墻邊之間的距離進行判斷。在整體的剪力墻的作用之下，洞口并不會對墻體的整體性能產(chǎn)生很大的影響。利用平截面假定計算整個截面向應(yīng)力的作用力，會使剪力墻出現(xiàn)彎曲變形的情況，可以將這樣剪力墻稱為整體剪力墻。

如果整個剪力墻的開洞面積大于整個墻體面積的15%可以將這樣的剪力墻稱為小開口整體剪力墻，如果墻體的出現(xiàn)局部彎曲，這樣屬于彎曲性的變形情況。

對于多組的連梁連接形成的特殊剪力墻可以稱為聯(lián)肢剪力墻。這樣的剪力墻有更大的開洞面積，剪力墻的整體完整性會受到一定程度的影響。

普通連梁的剛度是低于聯(lián)肢墻剛度的，各個強肢之間的單獨作用有很明顯的意義。根據(jù)聯(lián)肢剪力墻的實際應(yīng)用特點，聯(lián)肢剪力墻在整個高層住宅建筑之中有極其重要的作用。

對于整體的開洞面積較大墻肢長度比較短小的壁式框架剪力墻。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計之中墻肢的剛度以及連梁的剛度比較接近，受力的性能同框架結(jié)構(gòu)能夠保持一致，把整體的變形稱為剪切型。

2 剪力墻在高層建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

要根據(jù)平面規(guī)則對稱以及傳力明確的原則進行設(shè)計，剪力墻的平面布置對剪力墻墻肢進行布置設(shè)計，保證整個質(zhì)量中心同剛度中心在位置上可以實現(xiàn)統(tǒng)一。結(jié)合實際情況來適當(dāng)?shù)慕鉀Q樓層之間位移的情形，實際布置剪力墻設(shè)計的時候，要沿著主軸方面進行雙向剪力墻布置。要對這兩者剛度具體分析，要確認(rèn)兩者之間的剛度差異不會不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計建筑的抗震期間，要確實根據(jù)實際情況進行細(xì)化設(shè)計杜絕出現(xiàn)單向墻的設(shè)計形式，能夠完完全全在實際的高層建筑中形成雙向抗側(cè)力體系，讓剪力墻能夠起到切實的結(jié)構(gòu)性能。布置剪力墻的時候，需要在最大程度上確保各個剪力墻之間能夠形成確實的對照形式。剪力墻對齊的時候，要形成明確的抗水平體系，能夠確實發(fā)揮各個墻肢的實際作用，確保結(jié)構(gòu)的傳力合理性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟效益。

2.1? 剪力墻墻肢的豎向布置

剪力墻豎向布置方向過程，要合理遵循上下對其的原則進行設(shè)計，防止出現(xiàn)剪力墻的上下對照不齊的現(xiàn)象出現(xiàn)。這樣會造成整個樓層的剛度同承載力不符合實際標(biāo)準(zhǔn)和需求。尤其是對于剪力墻樓層開洞處理的時候，依據(jù)設(shè)計方案確定整個洞口位置，務(wù)必要保證上下洞口的位置能夠?qū)R。在對剪力墻進行開洞的時候要保證規(guī)則性，要能夠保證傳力的明確性。對于整個剪力墻的復(fù)雜布置來說，必須要根據(jù)實際情況的應(yīng)力分析，采取必要的加強受力措施加大整體剪力墻的承重效益，進而保證整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性。

2.2? 墻肢長度與厚度設(shè)計

為了保證剪力墻的穩(wěn)定性以及荷載能力，要保證剪力墻的長度以及厚度的設(shè)計要符合承重要求。從剪力墻的結(jié)構(gòu)承載力和經(jīng)濟效益的角度出發(fā)對整個剪力墻的墻肢長度以及厚度進行設(shè)計， 剪力墻長度的設(shè)計需要要根據(jù)建筑功能以及實際需求來進行規(guī)劃設(shè)計，整體的剪力墻長度不宜過長，對于過長的剪力墻極易造成剪切的破壞。對于單片的剪力墻設(shè)計，如果墻體的長度過長，會造成整體的剛度過大，導(dǎo)致吸收水平作用力的效果也會相應(yīng)的增加。通常情況下，剪力墻的墻肢長度要保持在8M之下，其次要保持各個墻肢的長度維持在3m以上的水平。在這樣的參數(shù)之下，一旦出現(xiàn)水平應(yīng)力傳輸?shù)那闆r，剪力墻會形成很好的彎曲破壞，可以有效的防止墻體彎曲開裂會出現(xiàn)很大的裂縫的情況。這樣會影響整個墻體的牢靠程度，但是于此同時不能整個剪力墻的長度也不宜過短。要對整體的剪力墻進行計算，合理的計算截面的受壓以及荷載能力，合理的規(guī)劃剪力墻的長度，使剪力墻能夠有效的發(fā)揮自己的效力。

3? 剪力墻在高層建筑設(shè)計中存在的不足

因為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的砼墻體數(shù)量較多，這樣會增加整體建筑多余的重量，一旦發(fā)生地震會造成多余的破壞，加大對樓體的破壞。因為剪力墻的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度比較大，會造成比較大的地震反映，無形之中會造成上部結(jié)構(gòu)同基礎(chǔ)的多余壓力。剪力墻結(jié)構(gòu)中的墻體結(jié)構(gòu)是構(gòu)造配筋，結(jié)構(gòu)的延展性能差。剪力墻結(jié)構(gòu)中各個墻肢軸壓比較低，這樣就會使各個墻肢之間的承載能力無法充分發(fā)揮自己的作用。剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計要遵循相應(yīng)的原則，利用各個抗側(cè)力構(gòu)件的作用，確保整體建筑的安全穩(wěn)固且要避免不必要的浪費。各項技術(shù)的規(guī)范就限制了對于剪力墻的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中包括具體的位移角，位移比，周期比，剛度比，樓層受剪承載力比等參數(shù)。這些具體的構(gòu)件設(shè)計要求也限制了其他的設(shè)計指標(biāo)諸如軸壓比，配筋率，配箍率等。

規(guī)范的設(shè)計參數(shù)僅僅能滿足設(shè)計需要中的安全性問題，為了節(jié)約成本還要進行減少剪力墻的數(shù)量。在能滿足基本的抗震能力的同時，其他的抗側(cè)力構(gòu)件會幫助剪力墻分擔(dān)承受地震傾覆力的50%。規(guī)范規(guī)定框架部分在承受地震的剪力最少要占底部總剪力的20%，各層框架承擔(dān)地震總剪力的最大值要為1.5倍。當(dāng)無法滿足規(guī)定的數(shù)值要求是，相應(yīng)的要對框架的地震剪力進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。目的是為了能夠在遇到地震時剪力墻能在框架破壞后，因為塑性內(nèi)力重新分布引起的框架分配地震剪力增大，這樣就會使得框架部分成為有效的抗震第二道防線。

樓層之間最大位移同層高位移之間的調(diào)整原則規(guī)范要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡卣鹱饔脴?biāo)準(zhǔn)值所產(chǎn)生的樓層之間最大彈性樓層位移計算，除去彎曲變形的高層建筑物之外不能扣除結(jié)構(gòu)整體的彎曲變形的部分。在計入扭轉(zhuǎn)變形之后，樓層之間最小的剪力系數(shù)也就是剪重比在進行調(diào)整的時候，需要滿足短肢剪力墻所承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過40的條件。盡可能的減少布置剪力墻的數(shù)量，保證整體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造更加具有適宜的側(cè)向剛度條件，使得整體的樓層最小剪力系數(shù)能夠接近規(guī)范的限值。剪力墻的連梁超限調(diào)整原則同整個剪力墻的連梁跨高比例不應(yīng)該小于2.5，跨高比例小于2.5的連梁很容易會出現(xiàn)剪力和彎矩超出規(guī)范限值的情況，當(dāng)縱筋的最大配筋率下降的時候就不利于整體的工程設(shè)計了。

4? 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理優(yōu)化

為了保證剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性，以及剛度同抗測力的完美結(jié)合，相應(yīng)的減少建筑成本。可以適當(dāng)?shù)囊?guī)范整個剪力墻的厚度以及整體的墻體長度結(jié)合整體的實際情況，保證整個剪力墻的承載力，避免造成浪費。合理的安排剪力墻的數(shù)量，避免因為過多的剪力墻造成整體的資源浪費以及建筑內(nèi)部空間分布不合理。

5? 結(jié)語

剪力墻自身良好的剛度以及抗震能力讓他在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計之中起到了巨大的作用，合理的安排剪力墻的數(shù)量以及剪力墻的厚度可以在保證質(zhì)量的同時有效的降低成本。能夠確實發(fā)揮各個墻肢的實際作用，確保結(jié)構(gòu)的傳力合理性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟效益。同時還可以有效保證整個環(huán)境的美感，去除多余的墻壁，保證建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的分部合理。

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