超高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與動(dòng)力性能研究

李鐵燦

（湖南寶信建筑設(shè)計(jì)平臺(tái)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 超高層工程概況

本文選擇廣州某處超高層建筑住宅，作為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動(dòng)力性能的研究對(duì)象，該住宅樓為塔樓結(jié)構(gòu)，總建筑面積約為2.5W平方米，樓體總高度為137米。該住宅建筑結(jié)構(gòu)地上層數(shù)41，地下層數(shù)2，從建筑要素的不規(guī)則性來(lái)看，屬于B級(jí)高度下的超高層建筑，因此其在建設(shè)中，需要保持絕對(duì)完整的動(dòng)力性能審查機(jī)制，保障抗震能力符合國(guó)家建筑建設(shè)要求。圖1為該建筑住宅外觀示意圖。

從設(shè)計(jì)立項(xiàng)中來(lái)看，該樓體為豎向體型，設(shè)計(jì)使用年限可達(dá)50年；從動(dòng)力性能角度來(lái)看，其防震類(lèi)別為丙、烈度為7，基本能夠承受的地震加速度為0.10g。該超高層的建筑使用渠道為住宅，因此其場(chǎng)地類(lèi)別是三類(lèi)、地震分組是第一組，能在前期設(shè)計(jì)中便將該建筑的結(jié)構(gòu)規(guī)劃指標(biāo)確定，可更好落實(shí)建設(shè)目的，提高超高層建筑住宅質(zhì)量。

2 剪力墻的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

塔樓的建筑形式，是實(shí)現(xiàn)超高層建筑規(guī)模的一大保障，塔樓從建筑結(jié)構(gòu)到空間規(guī)劃，都較為緊密，體現(xiàn)出建筑的緊湊之美。該超高層建筑工程中選用的是將鋼筋混凝土材料作為其剪力墻建設(shè)中的主要結(jié)構(gòu)體系，鋼筋與混凝土相結(jié)合，能在建筑施工中保持絕對(duì)意義上的建筑穩(wěn)定性，幫助前期建筑結(jié)構(gòu)快速成型。該超高層建筑首層設(shè)計(jì)為架空層體，其余標(biāo)準(zhǔn)層為實(shí)體構(gòu)筑物，標(biāo)準(zhǔn)層平面為T(mén)形，其長(zhǎng)寬比例為7.74，從結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)上來(lái)看，該建筑相對(duì)穩(wěn)定，能在遇震時(shí)保持較平穩(wěn)狀態(tài)?，F(xiàn)澆混凝土是該項(xiàng)目工程中選擇使用的雙向板施工體系，板材厚度為10厘米，特殊的局部位置做以加厚處理，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)能夠很好將建筑受到的外力影響分擔(dān)到每一個(gè)部位中，墻體厚度從35厘米逐漸減小到20厘米，確保每層樓體間都可以受到相同的動(dòng)力作用。

3 剪力墻的動(dòng)力性能研究

3.1 荷載計(jì)算研究

該超高層建筑設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)需經(jīng)過(guò)相關(guān)動(dòng)力性能測(cè)試，才可進(jìn)行下一步施工步驟，而首要進(jìn)行的便是荷載計(jì)算測(cè)試。超高層建筑樓層較多，其樓面、屋面的活荷載數(shù)值測(cè)量，需要符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，才可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值的取值，判斷標(biāo)準(zhǔn)值各項(xiàng)示數(shù)為：風(fēng)壓0.50KN/m2，風(fēng)荷載體型系數(shù)1.4，地面粗糙程度C類(lèi)［1］。

在建筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地震安全性檢測(cè)，該高層建筑的各項(xiàng)數(shù)值體現(xiàn)為：小震作用下地震影響系數(shù)最大值為0.087，特征周期為0.45，設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜下降段的衰減指數(shù)γ為0.9。

因此根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4.3.8條計(jì)算可知，小震下該項(xiàng)目的各樓層地震反應(yīng)力及基底剪力安評(píng)反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果均大于規(guī)范反應(yīng)譜，故偏于安全地對(duì)本工程采用安評(píng)反應(yīng)譜進(jìn)行小震作用下的抗震設(shè)計(jì)。該高層建筑具備較高荷載能力，且符合國(guó)家建設(shè)要求。

3.2 抗震性能目標(biāo)

該超高層建筑在動(dòng)力性能指標(biāo)上有確切目標(biāo)，即為提高結(jié)構(gòu)抗震性能，通過(guò)國(guó)家建筑設(shè)計(jì)規(guī)范準(zhǔn)則的測(cè)定，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)該項(xiàng)目工程的實(shí)際建設(shè)特點(diǎn)和相應(yīng)的超限情況，最終選擇C級(jí)目標(biāo)作為抗震性能展現(xiàn)，另外需要做好在多發(fā)地震的作用下，將建筑剪力墻各結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持彈性，提高建筑的抗震能力。

抗震性能的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素，在一定設(shè)計(jì)方案的落實(shí)中，需要從設(shè)計(jì)到施工等各項(xiàng)階段，嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)范下的指數(shù)要求，做好各項(xiàng)測(cè)定數(shù)值的安全、合理性表達(dá)。比如進(jìn)行小震下的層間位移控制，應(yīng)將角度限值控制在1/800，以此證明建筑剪力墻結(jié)構(gòu)施工中的各個(gè)構(gòu)件保持相對(duì)彈性，將整體結(jié)構(gòu)的抗震性能加以詮釋?zhuān)袑?shí)優(yōu)化超高層建筑的動(dòng)力性能。

3.3 彈性計(jì)算研究

針對(duì)超高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性計(jì)算，應(yīng)使用結(jié)構(gòu)分析軟件Midasbuilding，該軟件可對(duì)小震中的結(jié)構(gòu)彈性做出整體計(jì)算，并且提供校正核驗(yàn)功能，能有效將結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析［2］。在彈性計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)中，可發(fā)現(xiàn)該建筑小震振型相對(duì)平穩(wěn)，且周期比低于0.85，與項(xiàng)目規(guī)定下的技術(shù)規(guī)范數(shù)值相匹配，并且在位移數(shù)值中，可觀察到X方向、Y方向各個(gè)樓層間的水平/垂直位移變化相對(duì)較小，不對(duì)建筑穩(wěn)定性造成威脅。

彈性計(jì)算數(shù)據(jù)可將測(cè)定數(shù)據(jù)與原有結(jié)構(gòu)體系數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)變形特征的分析，能科學(xué)推斷出建筑遇震后的穩(wěn)定性保持，另外也可側(cè)面顯示出剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度變化，具體體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)層間的位移角度符合規(guī)范數(shù)值，并在不同方向下的位移數(shù)值較為接近，由此判斷出該建筑的動(dòng)力性能較為優(yōu)異。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，超高層建筑能改善現(xiàn)代城市居民的居住環(huán)境，增加居住面積，但其在設(shè)計(jì)、施工中需要將動(dòng)力性能指標(biāo)做以充分保證，通過(guò)荷載計(jì)算研究，能對(duì)各樓層所承受荷載力數(shù)值做以展示；彈性計(jì)算研究，能將基底剪力和彎矩?cái)?shù)值控制在合理范圍內(nèi)。最終通過(guò)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的抗震性能優(yōu)化措施，將設(shè)計(jì)立項(xiàng)中的抗震性能目標(biāo)達(dá)成。