高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討

摘要：在現(xiàn)代高層建筑中，剪力墻受到了越來越多的運(yùn)用。因?yàn)檫B剪力墻的不僅使用功能優(yōu)越先進(jìn)，并且結(jié)構(gòu)寬敞、簡潔，有很大的改造靈活性，使用戶能夠自行改造，也使使用面積得到進(jìn)一步的加大。本文主要介紹有關(guān)高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)和施工過程中的質(zhì)量問題的改進(jìn)以及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；分析

1、高層建筑剪力墻的特點(diǎn)以及分類

剪力墻根據(jù)是不是開洞以及開洞的大小可以分為以下幾個(gè)類型。

1.1實(shí)體墻

所謂實(shí)體墻就是指沒有開洞或者開洞的面積小于整個(gè)墻體面積的15%。其受力的特點(diǎn)是就像一個(gè)懸臂墻。它的彎矩圖既沒有突變，也沒有反彎點(diǎn)，整個(gè)墻體的變形是以彎曲型為主。

1.2整體的小開口剪力墻

這主要是指開孔的面積雖然大于整個(gè)墻體面積的15%，但是仍然屬于小面積開孔的墻體，其受力的特點(diǎn)就是彎矩圖在連接梁的地方發(fā)生突變，在高度上沒有反彎點(diǎn)，或者是僅僅在個(gè)別的樓層才有反彎點(diǎn)。

1.3雙脂肢或者多肢剪力墻

所謂的雙肢或者多肢剪力墻主要是說開洞比較大的或者洞口成列布置的墻體。它的受力特點(diǎn)是和整體的小開口的剪力墻相類似的。

1.4壁式框架

壁式框架是指洞口的尺寸相對(duì)比較大，而連接梁線的剛度和墻肢線的剛度比較接近的墻體。其受力特點(diǎn)是彎矩圖在樓層的地方放生突變，而且在大多數(shù)的樓層中都會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

2.1要嚴(yán)格遵守肢長和厚度的比值，進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)。由于剪力墻的高度和寬度尺寸都有著很大的不同，因此，要據(jù)幾何特征和受力形態(tài)來計(jì)算肢長和厚度的比值，據(jù)結(jié)果實(shí)施按柱設(shè)計(jì)或者是按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.2既要滿足剛度要求又要具有很強(qiáng)的變形性能和延性。剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻體會(huì)承受多方面的力度，既有水平剪力和彎矩，還承擔(dān)豎向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，因此，設(shè)計(jì)時(shí)候一般都是設(shè)計(jì)為延性彎曲型。既可以增加抗震性能，又可以防治脆性剪切造成破壞。

2.3剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)候要盡量避免平面外搭接，實(shí)在避免不了時(shí)應(yīng)按規(guī)范采取相應(yīng)措施，以保證剪力墻平面外安全。

2.4墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮水平和豎向作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗(yàn)算。當(dāng)受較大集中荷載作用時(shí)再增加對(duì)局部受壓承載力驗(yàn)算。

3、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1剪力墻的具體結(jié)構(gòu)的設(shè)置

多高層的那些建筑是要有很好的空間的工作能力的，剪力墻的布置是需要雙向的，從而組成空間的結(jié)構(gòu)，尤其是抗震的防御區(qū)，更要免除單向的剪力墻布置的結(jié)構(gòu)，最好是保證兩個(gè)方向的剛度接近，剪力墻平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物中心盡量接近。以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。必要時(shí)通過改變墻肢長度和連梁高度調(diào)整剛心位置。剪力墻抗側(cè)剛度大，結(jié)構(gòu)自振周期短，所受水平地震作用較大，對(duì)結(jié)構(gòu)不利，可充分利用剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大的能力，盡量減薄縱橫墻體的厚度，或采用“主次結(jié)構(gòu)”加大墻體的間距，減少墻體數(shù)量，以降低結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，減輕結(jié)構(gòu)重量，減少墻體的水平地震剪力和彎矩。剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度及承載力大，而平面外剛度及承載力都相對(duì)很小。當(dāng)剪力墻與平面外方向的梁連接時(shí)，會(huì)造成墻肢平面外彎矩。當(dāng)梁高大于2倍墻厚時(shí)，梁端彎矩可能會(huì)影響平面外的安全，所以要使用適當(dāng)?shù)霓k法，以確保安全，如果樓面的截面小，可以把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成鉸接或半剛接，這樣可以適當(dāng)?shù)臏p少墻肢平面外變矩。

3.2底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，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/ 8和底部兩層高度二者的較大值； 底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度可取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/ 8二者的較大值。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1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。

3.3連梁的設(shè)計(jì)布置

連梁的跨高以及截面的尺寸會(huì)受到各種條件的影響和限制，因此，在剪力墻的連梁設(shè)計(jì)中，會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)的不合理，容易出現(xiàn)連梁承載力或者是連梁的界面難以達(dá)到相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，從而既會(huì)影響到工程的施工，又會(huì)影響到工程的質(zhì)量。因此，要綜合多種情況，進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。

3.3.1對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減

連梁由于跨高比較小與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時(shí)表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減小，內(nèi)力重分布。因此，在開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，就需對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。高規(guī)中解釋說高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度相對(duì)墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設(shè)計(jì)困難。因此，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開裂而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上。

3.3.2增加剪力墻洞口的寬度、減小連梁高度

在進(jìn)行連梁的設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到降低連梁剛度，減少地震影響效果的目的，可以選擇擴(kuò)大剪力墻所開洞口的寬度，也就是增加連梁的總體跨度，從而使的連梁的高度降低。使得連梁的承載力保證在一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3.3.3增加剪力墻的厚度

在進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)可以，可以增加剪力墻的厚度，使得連梁的截面寬度變大，不僅僅可以讓建筑結(jié)構(gòu)整體的剛度變大，也使得地震產(chǎn)生的內(nèi)力作用變得更大，而起，由于連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。通過剪力墻的厚度增加，也有可能達(dá)到讓連梁抗剪承載力符合限度的目的。

4、總結(jié)

相對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)有了更多可采納的優(yōu)點(diǎn)，如使用功能更好，結(jié)構(gòu)更為簡潔、寬敞，造價(jià)不高，施工容易等，可進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。但在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以上提到的相關(guān)事宜。還要好好進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)探討研究，剪力墻的結(jié)構(gòu)肯定能在建筑中得到很好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李寶生. 高層建筑工程中的框架剪力墻結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J]. 四川水泥， 2017（9）.

[2]徐露娟， 張偉波. 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J]. 大科技， 2017（23）.