高層建筑中剪力墻的作用與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)樵诟邔咏ㄖ惺┕ぶ芯哂休^大的抗側(cè)剛度和豎向承載力而得到廣泛應(yīng)用。本論文主要探討了在高層建筑中剪力墻的作用，以及從高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性探討了高層建筑中剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。從而達(dá)到城市建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性、以及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻特點(diǎn)；作用；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高層建筑的剪力墻具有較大的靈活性并且造價(jià)低，尤其適合民用住宅建筑，因此在房地產(chǎn)市場(chǎng)頗受歡迎。所以從剪力墻的概念、分類設(shè)計(jì)原則以及高層建筑剪力墻的特點(diǎn)，對(duì)如何優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)提出來思路和意見，目的在于對(duì)高層建中剪力墻的作用與結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到一定的參考性作用。

1、概述高層建筑中的剪力墻

1.1高層建筑的發(fā)展

隨著我們國(guó)家城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市人口隨之不斷的增加，有限的人均土地資源，使城市的建筑物逐漸的向著高空中發(fā)展，從最初的多層逐漸的發(fā)展到高層，再由高層發(fā)展至今的超高層。1898年超高層建筑起源于美國(guó)芝加哥，因超高層建筑具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，后在全世界范圍內(nèi)廣泛的興建。根據(jù)我們國(guó)家《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352—2005中的規(guī)定：當(dāng)建筑的高度超過100m時(shí)，無(wú)論是住宅還是公共建筑都屬于超高層建筑。

1.2剪力墻簡(jiǎn)介

剪力墻（shear wall）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{重力}的墻體，防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。

剪力墻又分兩種，一是筒體剪力墻，二是平面剪力墻。在高層建筑中的高聳結(jié)構(gòu)或是懸吊結(jié)構(gòu)中都普遍采用筒體剪力墻，高層建筑在施工時(shí)將施工樓層上的樓梯間、電梯間以及輔助用房的間隔墻圍成筒體剪力墻。筒體均為現(xiàn)澆的鋼筋混凝土墻體，和平面剪力墻比起來筒體剪力墻的剛度和強(qiáng)度可以承受更大的水平荷載。平面剪力墻在高層建筑的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升級(jí)結(jié)構(gòu)和無(wú)梁樓蓋體系中運(yùn)用的比較多，在使用過程中為了增加結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和抗倒塌能力，在某些部位還可以現(xiàn)澆或是預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻。

剪力墻 按結(jié)構(gòu)材料又可以分為鋼板剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻和配筋砌塊剪力墻。其中以鋼筋混凝土剪力墻最為常用，下圖為剪力墻的圖片。

2、高層建筑中剪力墻的作用

剪力墻在高層建筑中的豎向承重構(gòu)件不僅做主要承重支柱，還能承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平地震作用，同時(shí)還能承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載。因此剪力墻又得名抗震墻。剪力墻結(jié)構(gòu)體系有很好的承載能力，又因?yàn)楸瓤蚣芙Y(jié)構(gòu)具有更好的抗側(cè)能力，其空間性和整體作用也比較好，所以經(jīng)常被用來建造高層建筑。在建筑高層建筑時(shí)剪力墻對(duì)建筑物能起到很好的分隔和維護(hù)作用，但是剪力墻的距離受地域限制，建筑平面不靈活，自身也比較笨拙，因此剪力墻在布置時(shí)一定要同時(shí)滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。剪力墻在建筑施工期間因?yàn)樽陨碓蛞话愣疾捎闷桨澹梢圆挥迷O(shè)置橫梁，節(jié)省高層的同時(shí)還可以增大利用空間。

3、高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高層建筑是社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平，建筑科技水平的標(biāo)準(zhǔn)。由于我國(guó)地少人多，農(nóng)村向城市發(fā)展，使得住房問題日趨尖銳，為了滿足廣大人民的住房要求，城市居住地建筑不得不往高層建筑發(fā)展。高層建筑的經(jīng)濟(jì)性和抗震性是住房質(zhì)量的最低要求，這就要對(duì)高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究。對(duì)于一般的建筑而言，不同的建筑結(jié)構(gòu)墻體布置，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差異很大，主要是在建筑的用料如含鋼量和混凝土用料的差距很大。

3.1剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高層建筑結(jié)構(gòu)要做到合理、安全、經(jīng)濟(jì)，最優(yōu)的剪力墻結(jié)構(gòu)方案是首要選擇要求，然后是合理的構(gòu)造和計(jì)算，所以剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化有非常重要的意義。

3.1.1剪力墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高層建筑剪力墻的特點(diǎn)是平面外剛度和承載力較小，平面內(nèi)剛度和承重力相對(duì)較大。為了保證房屋建筑的質(zhì)量就要求剪力墻平面外保持穩(wěn)定性，那么就要控制剪力墻平面外的彎矩。如果剪力墻墻肢和平面外方向的樓面梁連接，那么就要采取有效措施來減少梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響。

3.1.2剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要通過結(jié)構(gòu)分析，滿足最大的層間位移、周期比、位移比的各項(xiàng)指標(biāo)確定剪力墻的設(shè)計(jì)方案。剪力在方向布置上應(yīng)該沿主軸方向雙向設(shè)置形成空間結(jié)構(gòu)；為了增加建筑的抗震性能，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)避免僅單向布置，應(yīng)使兩個(gè)受力方向的抗側(cè)剛度接近，使更高效的工作。剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。

（2）剪力墻墻肢截面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應(yīng)均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，應(yīng)力分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用的計(jì)算簡(jiǎn)圖較為符合，設(shè)計(jì)結(jié)果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設(shè)置，當(dāng)剪力墻的洞口布置出現(xiàn)錯(cuò)洞、疊合錯(cuò)洞時(shí)，墻內(nèi)配筋應(yīng)構(gòu)成框架形式。

3.2剪力墻實(shí)際工程例子

工程概況 某高層住宅建筑共18層，標(biāo)準(zhǔn)層高度為2.9m，建筑總高度為52.5m，總建筑面積約為6500m2。抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，基本風(fēng)壓0.55kN/m2，場(chǎng)地類別Ⅱ類，抗震等級(jí)：剪力墻二級(jí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30～C25，鋼筋強(qiáng)度等級(jí)：梁采用HRB400；板采用HPB235，直徑大于12時(shí)用HRB335；墻采用HRB335。

4、結(jié)束語(yǔ)

高層建筑施工中剪力墻運(yùn)用具有較好的抗震性能，結(jié)構(gòu)布置多變活動(dòng)，并且造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)性好，所以一般的高層住宅建筑都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對(duì)這種建筑設(shè)計(jì)、施工和使用中發(fā)現(xiàn)問題然后總結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。總之對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)施工都要求合理性與經(jīng)濟(jì)性，建筑的抗震性能也至關(guān)重要，因此就要求剪力墻充分發(fā)揮作用，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力實(shí)現(xiàn)自己的價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

楊超（1981.4-），男（漢族），山東日照市人，本科，主要研究方向：民用建筑與碼頭工程。