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

黃傳華

【摘要】近些年，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然產(chǎn)物之一的高層建筑已經(jīng)成為城市的重要標(biāo)志，也成為了我國建筑行業(yè)工作的重心。而高層建筑的剪力墻具有抗震能力較強(qiáng)、整體性強(qiáng)、側(cè)向剛度較大等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高層建筑中。本研究對(duì)高層建筑剪力墻的概念和特點(diǎn)進(jìn)行了簡單概述，針對(duì)剪力墻的基本概念和具體特征提出了具體有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

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

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人們生活需求的不斷增多，以及人口密度的持續(xù)增大，高層建筑的誕生成為城市建筑發(fā)展必然趨勢。高層建筑反映了城市的現(xiàn)代化、商業(yè)化、工業(yè)化和城市化的水平，同時(shí)也體現(xiàn)了建筑科技發(fā)展的水平。為了提升高層建筑的安全性、可靠性，滿足其抗震性和經(jīng)濟(jì)性，提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性勢在必行。然而，即使同一個(gè)建筑，不同的結(jié)構(gòu)墻設(shè)計(jì)和布置，帶來的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的差異性卻非常明顯。因此，本研究對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了簡單的概述和分析。

1. 高層建筑剪力墻的概述

1.1 高層建筑剪力墻的基本概念

與普通的建筑施工的要求不同，高層建筑的自重更大，需要承受的壓力更大、穩(wěn)定性要求更高，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證建筑的安全性和可靠性。我國屬于一個(gè)自然災(zāi)害多發(fā)的國家，對(duì)高層建筑水平要求很高。不僅要求高層建筑能夠承受各種自然災(zāi)害尤其是地震帶給建筑本身的沖擊，還要求在受到比較大的外力破壞時(shí)還能保持內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)墻不會(huì)因?yàn)橥饬Φ淖饔枚l(fā)生損壞的現(xiàn)象。而剪力墻恰恰滿足了這些要求。高層建筑剪力墻是以鋼筋混凝土作為原材料砌成的墻體結(jié)構(gòu)。目前，我國現(xiàn)有的剪力墻結(jié)構(gòu)種類繁多，它們均具有較好的抗震性、較強(qiáng)的穩(wěn)定性，符合大眾的審美觀。剪力墻之所以具有抵抗地震能力是因?yàn)榧袅κ怯蓹M向承重樓板以及垂直方向承重樓板相互交錯(cuò)搭接組成的高層樓房主要的承重系統(tǒng)。而這種設(shè)計(jì)既具有美觀性，又可以節(jié)省空間。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)具體特征

與普通的建筑強(qiáng)相比，剪力墻具有獨(dú)特的自身特點(diǎn)，可以概括為以下幾個(gè)方面。第一方面，剪力墻具有穩(wěn)定性強(qiáng)、表面強(qiáng)度高、側(cè)面的剛度高、整體性好的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)外界不良作用力的抵抗能力強(qiáng)，這主要源于剪力墻的自身鑄造材料是鋼筋混凝土。第二方面，更加美觀和避免了空間上的局限性，這主要是因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)承受了水平和垂直兩個(gè)方向上的力，而在水平方向上產(chǎn)生的位移完全可以忽略，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上沒有外露的鋼筋和柱子，即剪力墻的誕生替代了傳統(tǒng)的建筑物有梁和柱結(jié)構(gòu)的承重系統(tǒng)，從而很大程度上節(jié)省了空間。第三方面，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，與其他的施工材料相比較，剪力墻的基本原料為鋼筋混凝土作為原材料，價(jià)格上更加實(shí)惠，在不影響建筑質(zhì)量的情況下大大降低了成本。

2. 針對(duì)剪力墻特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本措施

2.1 高層建筑剪力墻體整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

目前，很多的高層建筑都超過了20層，這無疑對(duì)高層保持整體性提出了更大的挑戰(zhàn)性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的斷肢剪力墻很難保持高層建筑的整體性。因此，這就要求在對(duì)高層建筑剪力墻整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)高層剪力墻的特點(diǎn)，探索尋求更加符合高層剪力墻的技術(shù)，再根據(jù)具體的實(shí)際情況對(duì)不同的施工條件進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，對(duì)傳統(tǒng)斷肢剪力墻的不足和缺陷進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化。與普通多層建筑的要求存在很大的不同，高層建筑的承重體系對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求更高，質(zhì)量和技術(shù)要求更加嚴(yán)格。因此，在高層建筑承重體系設(shè)計(jì)時(shí)，在多種高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)形式中選擇出最合適的設(shè)計(jì)。在考慮實(shí)際可行性和具體施工經(jīng)費(fèi)的情況下，作出科學(xué)合理的施工方案，在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，最大程度地節(jié)省施工費(fèi)用，提高施工單位的經(jīng)濟(jì)效益，將經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2.2 選擇合適的高層建筑剪力墻墻肢長度和厚度

一般來說，高層建筑剪力墻的墻肢長度一般不超過8m。在墻肢過長的情況下，剪力墻的延續(xù)性就會(huì)大幅度的降低，導(dǎo)致對(duì)外力抵抗能力變?nèi)酢?duì)高層建筑進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，如果一些建筑的室內(nèi)較高，甚至有些剪力墻的高度和寬度的比例大于2，可以將其剪力墻的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)成彎曲狀。因?yàn)閺澢鸂畹募袅瓤梢栽黾蛹袅Φ恼w性，又能使其具有更好的承載能力和增加自身穩(wěn)定性。另一種常見的情況是高層建筑剪力墻高度和寬度之比非常大時(shí)，為了滿足設(shè)計(jì)施工的需求，具體的解決方案是將剪力墻改造成聯(lián)肢剪力墻，從而增加剪力墻的自身整體性和延續(xù)性。根據(jù)具體的施工情況，剪力墻墻肢厚度的選擇會(huì)依據(jù)剪力墻墻肢的不同而不同。通常情況，當(dāng)剪力墻墻肢高度達(dá)到 3m 時(shí)，剪力墻的厚度控制在200mm以內(nèi)。當(dāng)然，還可以將剪力墻設(shè)計(jì)成十字型或者L型，這樣也可以達(dá)到增加穩(wěn)定性的效果。

2.3 高層建筑剪力墻配筋比的優(yōu)化

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，人們的生活的質(zhì)量也已經(jīng)得到了很大程度的改善，人們對(duì)住房的安全性提出了更高的要求。而高層建筑的安全性高低和剪力墻的質(zhì)量的好壞有著直接的關(guān)系，即提高剪力墻的結(jié)構(gòu)整體性是提高高層建筑整體質(zhì)量的重要保障之一。因此剪力墻收到了越來越多的關(guān)注，其重視程度不斷提升。提高剪力墻整體性能的主要措施之一是調(diào)整剪力墻的配筋比。增加剪力墻內(nèi)鋼筋比例會(huì)顯著增加剪力墻的整體強(qiáng)度，隨著而來的問題是，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋使用量增加，建筑施工成本也會(huì)相應(yīng)增加。因此在實(shí)際操作過程中，要在保證剪力墻整體質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低鋼筋的使用量，優(yōu)化剪力墻的樣式，從而達(dá)到既能滿足設(shè)計(jì)施工質(zhì)量要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化的目的。

3. 高層建筑剪力墻施工中需要關(guān)注的問題

眾所周知，計(jì)劃和實(shí)際情況總會(huì)有一定的偏差，我們能做到的就是將計(jì)劃做到更周密，最大程度的降低這種不同出現(xiàn)的概率，將可能出現(xiàn)的危害降到最低。因?yàn)楦邔咏ㄖ袅Φ慕Y(jié)構(gòu)比較特殊，出現(xiàn)計(jì)劃和實(shí)際情況不同的概率更大，為了降低這個(gè)概率，需要在高層建筑剪力墻施工中注意一些問題，進(jìn)而提升建筑剪力墻的質(zhì)量和滿足人們對(duì)高質(zhì)量高層建筑的要求。首先，應(yīng)該注意的是高層建筑剪力墻建設(shè)中的基本材料的質(zhì)量，隔墻材料的質(zhì)量和剪力墻墻肢使用的混凝土材料的質(zhì)量有著本質(zhì)的區(qū)別，因此在施工中應(yīng)該采取合理的科學(xué)解決方案。如果在施工中采用質(zhì)量不高的材料，會(huì)帶來墻壁出現(xiàn)裂痕等一系列的問題，進(jìn)而威脅到人們的住房安全等。其次，要做好對(duì)剪力墻模板質(zhì)量檢測以及承重效果的檢測，這樣可以有效的避免在墻體澆筑過程中由于缺少墻體之間的聯(lián)系而出現(xiàn)位置走動(dòng)的情況。最后值得注意的是，要檢查墻體內(nèi)線路的安置，因?yàn)樵趯?shí)際用戶建筑是，在前提內(nèi)會(huì)安裝很多的線路，要在填充墻體預(yù)留出相應(yīng)的管路，如此一來，可以有效的避免電線管路的移位導(dǎo)致用戶用電出現(xiàn)問題。

4. 結(jié)語

綜上所述，高層建筑剪力墻的設(shè)計(jì)與高層建筑用戶的安危有著直接的關(guān)系，因?yàn)榧袅|(zhì)量的好壞直接關(guān)系著高層建筑的整體質(zhì)量的高低。由此可見，剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)要求十分重要的工作。本研究通過對(duì)高層建筑剪力墻的基本概念和自身基本特征進(jìn)行了簡單概述，同時(shí)針對(duì)這些特點(diǎn)，提出剪力墻長度、厚度的選擇、配筋比的優(yōu)化措施。并提出在墻體施工過程中應(yīng)當(dāng)注意的幾個(gè)問題，同時(shí)也表明了在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題要及時(shí)解決，及時(shí)更正設(shè)計(jì)理念，完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在科技技術(shù)迅速發(fā)展的大背景下，將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)中同樣重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈蒲生，方輝，龔胡廣，等. 鋼盒加固法及其在結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32（3）：138-114.

[2] 陳娟，李謙. 高層建筑結(jié)構(gòu)的若干關(guān)鍵設(shè)計(jì)分析[J]. 科技致富向?qū)В?011，

（20）：49-50.