試論某高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，新的結(jié)構(gòu)模式在不斷的出現(xiàn)，這使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要不斷進(jìn)行創(chuàng)新，促使了剪力墻結(jié)構(gòu)得到有效的發(fā)展，文章通過(guò)結(jié)合具體的工程實(shí)例，提出了對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的技術(shù)要點(diǎn)，為類似工程提供參考借鑒。

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

1. 工程概況

某高層辦公住宅樓高層項(xiàng)目，抗震等級(jí)為6級(jí)，場(chǎng)地類別為三類，建筑為30層，配有兩層地下車庫(kù)。辦公樓總的高度為95.8m，長(zhǎng)寬比為3.6，高寬比為2.7。結(jié)合工程具體情況，經(jīng)過(guò)分析，本工程最終使用的結(jié)構(gòu)是剪力墻結(jié)構(gòu)形式。本工程中的剪力墻結(jié)構(gòu)是承擔(dān)結(jié)構(gòu)的水平以及豎向荷載的。剪力墻結(jié)構(gòu)材料是鋼筋混凝土，其結(jié)構(gòu)整體性好，具有較大的抗側(cè)剛度，能夠承受較大的水平荷載。在水平荷載的作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生彎曲變形。下面將結(jié)合該工程具體情況，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探討。

2. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置技巧

剪力墻的布置對(duì)于結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)計(jì)算計(jì)算起著決定作用，因此對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，合理地布置剪力墻是關(guān)鍵，其應(yīng)當(dāng)布置合理科學(xué)，這樣才能保證在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果能夠通過(guò)要求，同時(shí)合理的剪力墻結(jié)構(gòu)又關(guān)系到結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益，一個(gè)好的剪力墻結(jié)構(gòu)布置將使結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)體系。一般情況下，剪力墻是沿著主軸的的方向布置，但是對(duì)于不規(guī)則的建筑平面，如L形、T的平面，則在兩個(gè)方向均可布置剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻的布置時(shí)，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)單向有墻的情況，同時(shí)內(nèi)外剪力墻的布置應(yīng)進(jìn)行拉通對(duì)直處理。

在考慮剪力墻的布置數(shù)量時(shí)，應(yīng)合理控制其數(shù)量，不是越多越好。從剪力墻結(jié)構(gòu)受力的角度出發(fā)，對(duì)于剪力墻布置太少當(dāng)然也不利于結(jié)構(gòu)體系，其也不能有效地滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，但是對(duì)于剪力墻布置過(guò)多，則會(huì)造成結(jié)構(gòu)的剛度太大，直接影響結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。另外，在考慮如何合理的確定剪力墻的數(shù)量同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)應(yīng)考慮在剪力墻布置后，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相重合的要求，這樣結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)下能夠避免出現(xiàn)過(guò)大的扭轉(zhuǎn)。通過(guò)合理的進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的間距布置就可以達(dá)到質(zhì)量中心與剛度中心相重合的目的。適中的剪力墻間距布置可以充分發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)力作用，而且在空間上也能達(dá)到充分的利用。如果剪力墻結(jié)構(gòu)的數(shù)量布置的過(guò)少的話，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)向剛度過(guò)大，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

在剪力墻的結(jié)構(gòu)上有時(shí)候需要進(jìn)行開(kāi)口，空洞的出現(xiàn)會(huì)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)產(chǎn)生影響，空洞的大小、位置以及數(shù)量等因素都能造成受力的變化，因此對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)中的空洞應(yīng)符合上下對(duì)齊的要求，綜合考慮墻肢和連梁的位置，在同一個(gè)十字交叉墻附近不可同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)以上的空洞。剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度較小，不得在連梁上放置樓面主梁。

本工程為辦公住宅樓，結(jié)合蘇州本地的抗震烈度要求以及場(chǎng)地類別，最終考慮采取剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種形式的建筑結(jié)構(gòu)有利于建筑平面以及公共建筑設(shè)施的布置。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)具體整體性好，剛度大以及抗側(cè)力好的特點(diǎn)。不合理的剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的造成安全上的隱患，并且增加結(jié)構(gòu)的成本，這已經(jīng)在多個(gè)工程實(shí)踐中得到證實(shí)。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析，提出了本工程進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)思考要點(diǎn)。

（1）當(dāng)?shù)卣鹱饔玫挠绊戄^大時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單的對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度進(jìn)行加強(qiáng)，這種方式只會(huì)造成成本的增加，無(wú)法達(dá)到最佳的效果。（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，數(shù)量是一個(gè)重點(diǎn)，應(yīng)考慮最合理的剪力墻數(shù)量。過(guò)大的剪力墻只會(huì)增加結(jié)構(gòu)的自重，造成成本的浪費(fèi)，剪力墻過(guò)大就無(wú)法達(dá)到完全支承荷載的目的。（3）剪力墻的配筋應(yīng)嚴(yán)格按照進(jìn)行配置，對(duì)于構(gòu)造筋，則應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行。配筋率過(guò)低會(huì)造成剪力墻結(jié)構(gòu)較低的延性。（4）剪力墻結(jié)構(gòu)的墻厚以及墻長(zhǎng)也要合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)保證充分發(fā)揮墻肢的承載力，避免造成浪費(fèi)。

總而言之，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足抗側(cè)剛度的要求，同時(shí)達(dá)到最大化的降低工程成本。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)

在進(jìn)行剪力墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足計(jì)算和規(guī)范的要求。嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠保證剪力墻結(jié)構(gòu)有足夠的延性。本工程的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了滿足計(jì)算要求之外，根據(jù)規(guī)范的要求，還應(yīng)在采取以下的幾個(gè)措施才能符合最終的要求。

（1）剪力墻墻體的水平鋼筋應(yīng)放置在外側(cè)；墻體鋼筋網(wǎng)之間應(yīng)布置一定量的拉筋的，直徑為8mm，間距為600x600；暗柱中的箍筋應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行配置，不得使用水平鋼筋作為代替。當(dāng)一個(gè)完整的墻肢全部安裝暗柱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，則不再需要配置水平鋼筋，只需配置箍筋即可。（2）連梁中側(cè)面鋼筋的布置應(yīng)沿著整個(gè)梁高，而腰筋在配置時(shí)，應(yīng)按墻體水平筋進(jìn)行全長(zhǎng)的貫通。（3）樓板內(nèi)通常會(huì)存在設(shè)備預(yù)埋管，在布置板面附近鋼筋網(wǎng)帶，當(dāng)板內(nèi)管的上部不存在鋼筋時(shí)，則直接沿著管道的走向布置即可，本工程中鋼筋網(wǎng)的配置，其直徑為6mm，間距為200x200，最外排鋼管與鋼絲網(wǎng)帶的間距應(yīng)符合規(guī)范的要求，通常間距應(yīng)為150mm。（4）在混凝土梁中的鋼筋應(yīng)滿足間距要求，上部縱向鋼筋在水平方向，間距應(yīng)大于30mm和1.5倍的鋼筋直徑，如果兩種之間直徑不同時(shí)，取大值。下部縱向鋼筋間距應(yīng)大于25mm和1倍的鋼筋直徑。如果下部縱筋需要配置兩層以上時(shí)，超過(guò)兩層以上部分的鋼筋間距應(yīng)是下兩層縱筋水平間距的兩倍。在工程中由部分墻柱可能需要伸入到土體內(nèi)，與土體接觸的墻柱會(huì)存在臨水的部分，此時(shí)在其表面應(yīng)該采取防水層進(jìn)行防水，同時(shí)，對(duì)于接觸土體的墻內(nèi)縱筋，其保護(hù)層要比上部結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加30mm，而對(duì)于接觸土體的柱內(nèi)縱筋，其保護(hù)層應(yīng)增加20mm。

3. 剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析

本工程中采用有限元分析軟件對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力和位移的計(jì)算分析，根據(jù)工程的情況，確定各項(xiàng)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。住宅、辦公室、廚房、上人屋面走廊門(mén)廳的樓面活荷載均取為2.0kN/㎡，而一般樓梯取為3.5 kN/㎡，活荷載最大的為電梯機(jī)房和通風(fēng)機(jī)房，均取為7.0 kN/m2，而上人屋面的活荷載只取為0.5kN/m2。

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，高層建筑樓層的側(cè)向剛度應(yīng)滿足規(guī)范的要求。在符合規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算，從結(jié)果可以看出，本工程的各個(gè)計(jì)算結(jié)果都符合規(guī)范的要求，同時(shí)從中能得出以下幾點(diǎn)規(guī)律：設(shè)計(jì)的柱、剪力墻在荷載的作用下均為受壓狀態(tài)；柱、剪力墻的受力較小，均采用構(gòu)造配筋即可滿足受力要求；梁中的配筋均沒(méi)有出現(xiàn)超筋的問(wèn)題，剪力墻與連梁均能滿足抗剪扭的要求。

4. 結(jié)語(yǔ)

多年來(lái)剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅、公寓和旅館應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是剛度大，整體性好，在水平力作用下位移小，這種結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件主要由鋼筋混凝土墻體來(lái)承擔(dān)，這種墻體有較強(qiáng)的抵抗風(fēng)和地震作用傳來(lái)的水平力（剪力）的能力，因而有更好的抗側(cè)力能力，可建造層數(shù)較多的建筑。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，原材料的上漲，經(jīng)濟(jì)性的要求也在不斷的加強(qiáng)，如果剪力墻布置不合理，它的缺點(diǎn)就暴露出來(lái)：（1）由于剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度較大，使得其結(jié)構(gòu)自振周期變短，引起較大地震反應(yīng)；從而上部結(jié)構(gòu)配筋相應(yīng)增加，這增加了造價(jià)；（2）由于鋼筋混凝土墻體較多，使得建筑物自重增加，增加了基礎(chǔ)的費(fèi)用。上部墻體均為雙層雙向配筋，增加了鋼筋用量；（3）墻體間距的限制，空間靈活性較差；（4）由于墻肢較長(zhǎng)，墻肢軸壓力很小，無(wú)法充分發(fā)揮墻肢的承載能力；（5）剪力墻墻體多為構(gòu)造配筋，配筋率較低，使得鋼筋材料利用率很低。所以設(shè)計(jì)中應(yīng)該合理布置墻肢，減少或避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生。