高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

【摘 要】剪力墻結(jié)構(gòu)盡管在高層建筑中經(jīng)常使用，但是每一次的設(shè)計(jì)方案都需要進(jìn)行優(yōu)化，否則很難實(shí)現(xiàn)其價值，再加上，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程并不簡單，第一次設(shè)計(jì)往往會遺漏一些重要的內(nèi)容，這是對其進(jìn)行優(yōu)化的主要原因。本文主要通過對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的介紹，進(jìn)而探討其設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)，僅此提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；研究

可以從很多方面對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，其中比重要的就是根據(jù)剪力墻的特點(diǎn)，來進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，剪力墻的最大特點(diǎn)就是在相同的平面內(nèi)，其剛度以及承載力都比較強(qiáng)，但是平面外兩者的性能就比較差，所以設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)就是保持剪力墻結(jié)構(gòu)平面外的性能符合要求。

1.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

一幢高層建筑猶如一根豎直放置于嵌固于地基的開孔、帶橫肋的巨型空間構(gòu)架式的“懸臂梁”、它不僅要承受“梁”內(nèi)所有重力荷載的作用并保持穩(wěn)定，而且要承受風(fēng)荷載、地震等水平荷載的作用并保持一定的剛度，避免過大的水平位移和振動，保證“梁”內(nèi)各種建筑裝飾、填充墻等不受損壞，以提供“梁”內(nèi)工作生活的人們有一個舒適的環(huán)境、高層建筑結(jié)構(gòu)同時承受垂直和水平荷載，還要抵抗地震作用，在低層結(jié)構(gòu)中，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，通常可以忽略；而在高層建筑中，水平荷載和地震作用將成為控制因素、隨著建筑高度增加，位移增加最快，彎矩次之、因此高層建筑設(shè)計(jì)不僅要有較大的承載能力，而且需要較大的抗側(cè)剛度，以保證水平荷載產(chǎn)生的側(cè)向變形控制在一定范圍內(nèi)、剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用卜側(cè)向變形的特征為彎曲型 剪力墻結(jié)構(gòu)承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大、其特點(diǎn)是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置、缺點(diǎn)是不能提供大空間房屋，結(jié)構(gòu)性較差。

當(dāng)?shù)叵率一蛳虏恳粚印讓樱枰罂臻g時，如商場、停車庫等，即形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)）在框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同結(jié)構(gòu)的過渡層必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層、剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力、水平力的能力均較大，橫向剛度大，因此可以建造比框架結(jié)構(gòu)更高、更多層數(shù)的建筑、但是只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、中一身公寓、而賓館中需要大空間的門廳、餐廳、商場等往往設(shè)置在另外的建筑單元中、為了適用任何方向的水平力（或地震作用，因此對于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應(yīng)設(shè)置；對于圓形平面，剪力墻應(yīng)沿徑向及環(huán)向設(shè)置；三角形平面，宜沿三個主軸方向設(shè)置剪力墻。

2.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑最普遍使用的一種建筑結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)能夠有效的提高高層建筑的抗震性能，但是在使用該結(jié)構(gòu)的過程中，要對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷地優(yōu)化，這樣才能將該結(jié)構(gòu)的性能發(fā)揮最佳，在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，可以從以下幾方面入手：

首先，在高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)的布置方式比較固定，概括起來只有兩種布置方式，一種是沿著主軸的方向；另一種是如果沿著其他方向，切記要雙向布置，之所以這樣布置主要是因?yàn)殡p向布置能夠形成非常恰當(dāng)?shù)目臻g結(jié)構(gòu)，尤其是因?yàn)榧袅υO(shè)計(jì)的主要目的是為了提高高層建筑的抗震性能，如果只是單向布置，建筑物兩側(cè)的受力就會出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)象，其空間性能也不能充分的發(fā)揮出來。剪力墻結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)相比性能比較突出，主要其中在兩點(diǎn)，一是抗側(cè)剛度；二是承載力，但是該結(jié)構(gòu)的自身重量卻非常大，為了在布置時盡可能的減輕重量，并且時結(jié)構(gòu)性能發(fā)揮的更好，在布置時不能要緊密，否則會適得其反。

其次，剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時，要注意截面盡量不要復(fù)雜，而且要保持規(guī)則的狀態(tài)，與此同時，還要保證其豎向剛度要均勻，如果自身的剛度不平均，會影響受力結(jié)果，在設(shè)計(jì)門窗洞口時，一定要注意使其處于上下對齊的狀態(tài)，并且將其排成一列，這樣剪力墻結(jié)構(gòu)中的墻肢以及其他部位都能夠十分明確顯示出來，而且能夠保證應(yīng)力分布十分規(guī)則。在設(shè)計(jì)時要注意與使用的計(jì)算簡圖相吻合，這樣設(shè)計(jì)出來的結(jié)果才能真實(shí)可靠。在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)的洞口十分關(guān)鍵，尤其是在布置經(jīng)常容易出現(xiàn)錯洞現(xiàn)象，但是如果出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就需要將設(shè)計(jì)剪力墻內(nèi)配筋時要將其設(shè)計(jì)成框架的形式。

再次，如果高層建筑需要設(shè)計(jì)的剪力墻相對來說比較長，這時就需要將其看作是若干段，但是必須保證每一段的長度都相等，每一段都用弱連梁來連接。在分割的過程中，每段的高度與截面高度要控制在有一定的范圍內(nèi)，兩者直接的比值不能超過2，一旦兩者之間的比值過高，剪力墻就會出現(xiàn)剪切破壞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象正是由于兩者比值過高，而剪力墻產(chǎn)生脆性引起的。在對進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時，在洞口的地方如果沒有特別要求就不要設(shè)計(jì)小墻肢，因?yàn)檫@個小墻肢嚴(yán)重影響剪力墻結(jié)構(gòu)整體性能的發(fā)揮。

第四，在對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，一定要注意對其進(jìn)行事先的結(jié)構(gòu)分析，這樣才能真實(shí)的確定出剪力墻結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)，通過這些指標(biāo)就能夠確定剪力墻需要設(shè)計(jì)的具體厚度，在厚度確定之后，還要確定軸壓比以及對剪力墻希望參數(shù)方面的要求，但是最重要的要求就是高厚比，因?yàn)楦吆癖戎苯記Q定了剪力墻設(shè)計(jì)方案是否符合高層建筑的要求，是否能夠?qū)⑵湫阅馨l(fā)揮最佳。剪力墻的高厚比必須在允許的范圍之內(nèi)，才能具有最好的效果。其允許高厚比如圖1 ，其中H為層高或剪力墻無支長度的比較值。

圖1 剪力墻允許高厚比

當(dāng)然有些高層建筑對剪力墻的高厚比有著特別的要求，圖1中的高厚比并不符合設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，這時就需要參考其他文獻(xiàn)，保證剪力墻的高厚比符合要求。

第五，剪力墻結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)就是在同一平面內(nèi)，剛度以及承重力都非常大，但是如果超過這個平面結(jié)果則正好相反，所以設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)就是注意平面之外的彎矩，如果該彎矩能夠控制在一定的范圍之內(nèi)，平面外的性能就會大大提高，如果其墻肢與其他平面的梁柱進(jìn)行連接的情況，這時就需要采取一定的辦法盡可能的降低梁端部彎矩對剪力墻結(jié)構(gòu)的外作用力的影響。

3.結(jié)語

綜上所述，可知對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化非常重要，因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過程中，難免會出現(xiàn)誤差，如果沒有優(yōu)化環(huán)節(jié)，就會影響后期的使用，影響高層建筑的使用性能，有很多方式可以對其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，其設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容也很多，無論哪一種只要達(dá)到相關(guān)要求即可。

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