高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需關(guān)注的要點(diǎn)

（衡水華澤工程勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司053000）

【摘要】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出的剪力墻能夠有很好的剛度，在地震過程中能保持其原有狀態(tài)，不產(chǎn)生較大的變形，對(duì)剪力墻的強(qiáng)度提出了很高的要求。基于此，文中筆者就高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行入手，對(duì)進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑、剪力墻、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念也在不斷創(chuàng)新，建筑方案也愈加趨向于豐富多彩。而如何保證建筑的安全性是首要問題，而剪力墻設(shè)計(jì)因是縱橫承受荷載而使其具有較強(qiáng)的抗震性和抗風(fēng)性，承受力也較強(qiáng)的特點(diǎn)而被多高層建筑廣泛采用。

二、高層結(jié)構(gòu)的剪力墻結(jié)構(gòu)原理

現(xiàn)今的高層建筑，很多都是剪力墻構(gòu)造的。很多人只看到高層建筑物，但還不明白其構(gòu)造原理。那么什么是剪力墻呢？它有什么樣的結(jié)構(gòu)效能呢？一般建筑物中的豎向承重構(gòu)件都是由墻體承擔(dān)的，這種墻體既要承擔(dān)水平構(gòu)件傳來(lái)的豎向重力，還要承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來(lái)的水平方向的作用力。剪力墻由此而生，這種墻體除了最基本的能避風(fēng)避雨外，還能抗震。高層的剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，在設(shè)計(jì)墻體的時(shí)候，要考慮平面布置和結(jié)構(gòu)布置兩方面的因素，需要同時(shí)滿足這兩方面的要求。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系要求有很好的承載能力，并且要具有較好的整體性和空間性能，相對(duì)框架結(jié)構(gòu)而言，剪力墻要有較好的抗側(cè)能力，那么對(duì)于高層建筑就需要選用剪力墻結(jié)構(gòu)。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下側(cè)移小，但是其缺點(diǎn)是剪力墻的間距有一定限制，建筑平面布置不是很靈活，不適合要求大空間的公共建筑，另外結(jié)構(gòu)自重也較大，靈活性相對(duì)而言比較差，一般適用住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板，可以不設(shè)梁，所以空間利用比較好，可以節(jié)約一些高層建筑的成本。

剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力。可以按照剪力墻的受荷面積簡(jiǎn)單計(jì)算。框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的。框架的側(cè)移曲線是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪力墻的側(cè)移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架-剪力墻（以下簡(jiǎn)稱框-剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框-剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡(jiǎn)稱彎剪型。假設(shè)有向右的水平力作用與結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框-剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些，比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反。框架和剪力墻在共同承擔(dān)外部荷載的同時(shí)，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用。框架和剪力墻之間的這種相互作用關(guān)系，即為協(xié)同工作原理。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

高層建筑最主要的受力構(gòu)件包括剪力墻、框架柱、梁和樓板。而剪力墻作為豎向構(gòu)件是形成結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度的最主要構(gòu)件，它在建筑中承擔(dān)著整個(gè)結(jié)構(gòu)的豎向荷載和絕大部分水平荷載。當(dāng)高層建筑的受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成所謂的剪力墻體系。在這個(gè)體系中單片剪力墻承受了全部的豎向荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，作為一種良好的結(jié)構(gòu)體系，其位移曲線呈彎曲型，它的強(qiáng)度、剛度都較高且具備一定延展性，傳力直接均勻，有較好的整體性和較強(qiáng)的抗倒塌能力。其在高層建筑中的應(yīng)用范圍大于單純框架或者框架—剪力墻混合體系。剪力墻建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

1、剪力墻中大墻肢處理

在墻長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況下，為滿足每墻段的高寬比均大于2，可以通過開洞的方式分割長(zhǎng)墻為小而均勻的獨(dú)立墻段。除此以外，在墻段長(zhǎng)度較小時(shí)其受彎產(chǎn)生的裂縫寬度較小，可以充分發(fā)揮墻體配筋的支撐作用。而對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)中，存在較少的長(zhǎng)度大于8m的大墻肢，在理論計(jì)算中樓層的剪力大部分由這些大墻肢來(lái)承受。在發(fā)生地震特別是超烈度等強(qiáng)烈震動(dòng)時(shí)，最容易受到破壞的便是這些大墻肢。小墻肢因沒有足夠的配筋，使整個(gè)墻面結(jié)構(gòu)會(huì)受到全面破壞結(jié)構(gòu)。

2、約束邊緣構(gòu)件箍筋的設(shè)置

約束邊緣構(gòu)件分為“陰影部分”和“非陰影部分”，對(duì)于“陰影部分”規(guī)范中對(duì)豎向鋼筋和箍筋或拉筋的配置都有較明確的要求，設(shè)計(jì)中易于理解和執(zhí)行。但對(duì)于“非陰影部分”僅規(guī)定其箍筋配箍特征值為“陰影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿豎向的間距及豎向鋼筋應(yīng)如何配置并未做出具體規(guī)定，因此，目前在工程設(shè)計(jì)中做法比較混亂。而豎向鋼筋可在箍筋交叉點(diǎn)處按剪力墻豎向分布筋直徑設(shè)置。

3、注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于高位轉(zhuǎn)換的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)慎重設(shè)計(jì)，由于高位轉(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高。調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上下的剛度比使之接近是必要的，轉(zhuǎn)換層本身的剛度和質(zhì)量不宜大。最終可通過水平力作用下精確的空間分析檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻，宜盡量選用剛度和重量較小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算時(shí)應(yīng)多取參與組合的振型數(shù)。通過計(jì)算仔細(xì)分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內(nèi)力分配特點(diǎn)，通過調(diào)整內(nèi)力和構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)改善薄弱部位的性能.

4、優(yōu)化連梁設(shè)計(jì)

根據(jù)《高規(guī)》在連梁設(shè)計(jì)方面的規(guī)定，對(duì)于連梁非抗震及抗震設(shè)計(jì)時(shí)高跨比大于2.5及小于2.5兩種情況。在截面受剪承載力及配筋方面有不同規(guī)定，為此應(yīng)將連梁進(jìn)行塑性調(diào)幅，以降低剪力設(shè)計(jì)值，塑性調(diào)幅可采用兩種方法。（1）在內(nèi)力計(jì)算前將連梁剛度進(jìn)行折減，進(jìn)行地震作用效應(yīng)計(jì)算時(shí)折減系數(shù)不宜小于0.5；非地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)應(yīng)慎重折減，必要時(shí)可不進(jìn)行連梁剛度折減。（2）在內(nèi)力計(jì)算之后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)，無(wú)論采用何種方法，連梁調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于使用狀況的值，也不宜低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁出現(xiàn)裂縫，同時(shí)要注重連梁的鉸接處理。

5、底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)《高規(guī)》規(guī)定：一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/10和底部?jī)蓪痈叨榷叩妮^大值；部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的底部加強(qiáng)部位高度，應(yīng)從地下室頂板算起，宜取至轉(zhuǎn)換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。當(dāng)將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層。同時(shí)將影響到地下1層，此時(shí)地下1層的抗震等級(jí)不能降低，加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下層，并應(yīng)按規(guī)范要求在地下1層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展以及人民精神需求的不斷提高，這都給建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，從而為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的難度。對(duì)高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械探討具有十分重要的意義。因此我們?cè)趯?shí)際的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的每個(gè)細(xì)節(jié)，從而使高層建筑更具合理性和安全性。

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