高層建筑框架剪力墻結構設計中幾個問題的探討

文/ 陳澤志 桂林市住房和城鄉(xiāng)建設委員會 桂林市房屋安全鑒定管理處 廣西桂林 541001

高層建筑框架剪力墻結構設計中幾個問題的探討

文/ 陳澤志 桂林市住房和城鄉(xiāng)建設委員會 桂林市房屋安全鑒定管理處 廣西桂林 541001

剪力墻具有較強的抗震性和剛性等特點，其可以在實際工程建設過程有效保障整體建筑結構的安全性和質量要求，剪力墻結構已廣泛應用在各種工程施工。因此實際工程設計應根據(jù)相關設計要求和標準對剪力墻結構進行合理化設計。本文主要對高層建筑框架剪力墻結構設計相關問題進行分析探討。

高層建筑；剪力墻結構；設計

一、剪力墻結構設計

1.剪力墻的概念

剪力墻是實際建筑工程中經(jīng)常使用的結構墻﹑抗風墻和結構墻。剪力墻是可有效承受風或地震等導致的相關荷載，保障建筑物安全性和剛度的墻體，剪力墻優(yōu)點在于良好的抗震性和剛度。剪力墻結構設計中，墻體的長度和高度應相對較大，而寬度則相對較小并采用鋼筋混凝體整體澆筑方法。建筑設計方和施工方為滿足人們對居住住房和辦公樓的安全穩(wěn)定性要求，已在建筑設計和施工過程中廣泛的使用剪力墻，以提高和優(yōu)化其整體建筑物的建筑施工質量和結構。目前，許多建筑企業(yè)已采用剪力墻取代傳統(tǒng)建筑施工中使用的梁柱。剪力墻結構的受力情況與梁柱相當，但是剪力墻結構其穩(wěn)定性更好，同時降低墻體的承受能力，保證建筑物整體的質量和安全性。

2.剪力墻的結構

根據(jù)設置方向不同，剪力墻可包括以下兩類墻體，首先是平面剪力墻，該墻體通常應用于框架結構和無梁樓蓋的建筑工程中，為了提高平面剪力墻的抗震性和剛度要求，在實際建筑施工中，常使用現(xiàn)澆或預制鋼筋混凝土剪力墻，這種剪力墻結構與周圍梁柱進行同步澆筑，保證建筑整體性良好。其次是筒體剪力墻，該墻體常應用在高層建筑和懸吊結構中，這種筒體剪力墻主要為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，與平面剪力墻相比，其剛度和強度的水平荷載較高。

根據(jù)開洞情況和尺寸分類，剪力墻可包括以下4類：首先是實體墻，實體墻的基本標準是墻體不開洞或開洞尺寸相當較小。這類墻體的抗彎曲性能好，未出現(xiàn)反彎現(xiàn)象，有效荷載大。其次是整體小開口剪力墻，這類墻體的洞口尺寸略大并在墻肢部位產(chǎn)生局部彎矩情況。接下來是多肢剪力墻，這類墻體開洞尺寸相對較大或開洞位置成均勻分布，該墻體結構與整體小開口剪力墻差異性較小。最后是壁式框架剪力墻，其他三類剪力墻相比，其墻體開洞尺寸較大，其整體結構與框架結構的相似度很高，同時其剛度和反彎點性能較好。除實體墻外的其他三類墻體均需開洞。根據(jù)這四類剪力墻特點，建筑設計人員可根據(jù)實際設計要求對剪力墻結構進行優(yōu)化設計，對建筑結構和質量進行優(yōu)化。

二、框架剪力墻結構的優(yōu)化設計分析

實際工程中，剪力墻結構的優(yōu)化設計可歸納為以下4點：首先是剪力墻結構的優(yōu)化設計過程中，應考慮建筑物的抗震性﹑抗風性和剛度實際需求，并需對存在的缺陷進行合理改進，如剪力墻結構可能產(chǎn)生的剪切變形情況，這些問題會使得剪力墻結構設計對結構優(yōu)化未能達到設計要求。因此在實際結構設計過程中，特別是剪力墻結構的設計應以實際建筑要求和特點進行優(yōu)化，以保證剪力墻結構的設計的有效性。其次是確保建筑物質量的基礎上，剪力墻結構設計應保證相應投入成本的有效控制，優(yōu)化設計中采用的新材料﹑技術和方法應根據(jù)實際工程成本進行優(yōu)化調整，確保建筑資金運用的合理性和有效性。接下來是剪力墻設置數(shù)量的合理控制，剪力墻設置的目的是承受建筑物的水平荷載和保證整體建筑物的安全穩(wěn)定性。如剪力墻的數(shù)量過量，則使得建筑物的重量增加，導致抗震性能的降低。最后是平面布置問題，剪力墻平面布置應考慮豎向和水平的荷載，以降低荷載和有效實現(xiàn)墻體作用最大化的目的，剪力墻需根據(jù)建筑設計的主要軸線進行相應設置，并保證設置數(shù)量的合理性。

三、高層建筑框架剪力墻結構設計要點原則

1.剪力墻平面內(nèi)外承載力及剛度適當

工程設計應注重剪力墻平面內(nèi)外承載力及剛度適當?shù)脑瓌t，應保證剪力墻平面外承載力及剛度較小，而平面內(nèi)承載力及剛度則相對較大。實際建筑施工過程中，梁與平面外方向的剪力墻的連接方式為單側連接，這常會導致墻肢平面外彎矩，但常規(guī)的設計施工對墻的平面外的承載力及剛度實際驗算量不足，除了特殊設計施工需求，通常不要采用平面外單側連接方式，當使用平面外單側連接方式，應采用合理改進方法，保證剪力墻平面外穩(wěn)定性。

2.樓層間剪力系數(shù)最小

實際工程施工過程，應保證各樓層間的剪力系數(shù)最小的原則，有效降低建筑物重量，防止建筑物的抗震性降低進而引起嚴重安全隱患的問題，建筑設計方和施工方根據(jù)短肢剪力墻承受力矩的大小，實際調整樓層間剪力系數(shù)達到最小值，并保證建筑物質量的前提下，合理減少剪力墻的數(shù)量，對剪力墻結構的側向剛度進行適當加固，這可以有效降低整個建筑工程的建設成本和資源浪費，在合理范圍內(nèi)擴大建筑各方和建筑用戶的經(jīng)濟利益。

3.樓層間位移最大化與層高比

在建筑設計過程中，應實際調整樓層間位移和層高比，以保證樓層間位移最大值和層高比原則。與傳統(tǒng)建筑結構相比，剪力墻結構設計位移計算沒有加入建筑結構變形因素，其位移計算關鍵點是樓層間的彎曲變形情況，而通常樓層間發(fā)生的彎曲變形主要是扭轉和剪切，就剪切變形而言，其主要受建筑結構中的豎向構件影響。豎向構件應根據(jù)實際建筑情況進行有效調整，保證數(shù)量適中，保證樓層間不會出現(xiàn)扭轉變形或變形程度較小。因此實際高層建筑結構設計及施工過程中，應重點對樓層間位移最大化與層高比進行實時監(jiān)測，以降低扭轉變形，進而提升整體建筑結構的安全性和剛度。

結語：

未來高層建筑將會涌現(xiàn)更多，而高層建筑剪力墻結構的應用也將會變得更加廣泛。盡管尚且存在著一些缺點，但是剪力墻因為具有良好的穩(wěn)定性﹑抗壓性﹑抗震性，依然是一種很好的選擇。在結構設計當中，剪力墻結構也必然會有越來越多的應用。

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