試論高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及布局

晉偉偉

上海都市建筑設(shè)計有限公司江蘇分公司 江蘇南京 210000

1 高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1 剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，為了保障建筑物的穩(wěn)定、安全，設(shè)計者會及時引入剪力墻結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的保護墻、承重墻相比，剪力墻的基本工作要點在于“抵抗水平載荷”。在結(jié)構(gòu)上，剪力墻的平面面積較大，速度較小，相關(guān)測試表明，其能夠在較短的時間內(nèi)將所承受的單位能量轉(zhuǎn)移到各個位置，在保障自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時，能夠大幅提升抗震性。

在高層建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，為了保留較大的空間范圍，一般需要減少剪力墻的結(jié)構(gòu)布置，并降低兩個不同方向的剛度數(shù)值的差值。在對剪力墻進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，其基本結(jié)構(gòu)布置遵循“受力分布均勻”的原則，可在一定程度上降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。需要注意的是，在不同的高層建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，剪力墻所發(fā)揮的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能并不唯一，如果用戶產(chǎn)生了拓寬空間、提升縱向空間占比等要求，設(shè)計者可對墻體肢長和連梁高度進行調(diào)整，避免剪力墻出現(xiàn)側(cè)剛度過大的問題；對于已經(jīng)出現(xiàn)側(cè)剛度過大問題的剪力墻，其內(nèi)部的白振周期已經(jīng)受到影響，高層建筑的穩(wěn)定性也隨之變動，這時，設(shè)計者應(yīng)及時利用剪力墻抗側(cè)強度大的優(yōu)點，提升剪力墻在縱橫方向上的承載能力，避免因墻體厚度小于梁體高度而產(chǎn)生的彎矩現(xiàn)象[1]。

1.2 剪力墻的配筋設(shè)計

為了提升高層建筑的抗震性，一般需要對剪力墻進行加厚處理，在設(shè)計原則上，應(yīng)考慮到剪力墻的綜合抗震性能。對于不同的設(shè)計環(huán)境，應(yīng)采取不同的設(shè)計方法：在對高層建筑進行設(shè)計的過程中，部分業(yè)主會要求保留高層建筑的開闊視野，不設(shè)置外縱墻，對于這種情況，應(yīng)及時采用概念設(shè)計，控制好墻體軸線，確保墻體的受力結(jié)構(gòu)滿足墻體的基礎(chǔ)截面條件；為了保障高層建筑的穩(wěn)定性，剪力墻結(jié)構(gòu)中可及時增加暗柱，分擔隱性抗力；在墻體設(shè)計環(huán)節(jié)，一定要保障剪力墻配筋的合理分布，其豎向和水平分布筋的配筋率不得小于0．25%，這種設(shè)計方法能夠最大程度的保障高層建筑的穩(wěn)定性，但對于低矮墻體并不適用，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實際設(shè)計要求靈活布筋并合理控制配筋數(shù)量，根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性酌情修改配筋方案。

1.3 邊緣結(jié)構(gòu)設(shè)計

在已經(jīng)開展的建筑實驗中，部分實驗證明剪力墻結(jié)構(gòu)的延性并不好，為了提升剪力墻的應(yīng)用價值，可將普通剪力墻設(shè)置為工字型、槽型剪力墻，通過概念邊緣設(shè)計方案提升剪力墻的延展性。對于無法改變剪力墻結(jié)構(gòu)的，可利用邊緣構(gòu)件提升剪力墻的應(yīng)用價值，在提升其延展性能的同時防止其出現(xiàn)水平方向的剪切滑動。在高層建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，墻體的抗剪力能力主要體現(xiàn)在端柱、翼墻柱等位置，設(shè)計者可加強對以上部位的剪力分布管理提升剪力墻的抗震性與穩(wěn)定性。

2 剪力墻在高層建筑中的布局特點

2.1 剪力墻的應(yīng)用特點

現(xiàn)代高層建筑的廣泛應(yīng)用向剪力墻的布置工作提出了新的要求，如圖所示，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)選擇不同的剪力墻配置方案。相關(guān)建筑法規(guī)表明，對一級、二級及三級剪力墻進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要搭配暗柱與端柱，從而促使剪力墻能夠在大量消耗地震波的能量，保持高層建筑的穩(wěn)定性；此外，剪力墻的邊緣構(gòu)件具有極強的抗拉能力，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由鋼筋混凝土組成的剪力墻能夠承擔一定的水平地震作用力和來自各個方向的載荷力[2]。

在對剪力墻進行布局設(shè)計的過程中，剪力墻的墻體分布位置一定要達到建筑本身的減震要求，設(shè)計者除了需要考慮建筑在豎向方向上的承載構(gòu)建的布置外，還要考慮建筑物本身的對稱性，如圖所示，依靠剪力墻與建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理搭配，抵抗非正常的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

圖1 剪力墻的墻體分布

2.2 剪力墻的布局特點

根據(jù)不同的高層建筑設(shè)計要求，應(yīng)選定不同的剪力墻配置方案——在實際施工活動中，剪力墻的布局設(shè)置應(yīng)該遵循“均勻、對稱、分散、周邊”的布置原則，設(shè)計人員應(yīng)將剪力墻均勻的分布在建筑物周圍、樓電梯間，對于伸縮縫、沉降縫等位置一般不宜設(shè)置剪力墻；當橫向或縱向無法設(shè)置剪力墻時，應(yīng)及時引入壁式框架或壁式支撐等抗側(cè)力構(gòu)建，保障剪力墻的基本抗震性能；在施工操作環(huán)節(jié)，剪力墻的布置應(yīng)遵循均勻分布、單片墻體剛度接近的布置原則，單段剪力墻的長度應(yīng)小于8m；對于房屋縱長長度較長的戶型，設(shè)計者應(yīng)避免集中在房屋兩端布置縱向剪力墻，對于豎井、樓梯間等連續(xù)樓層開洞位置，為了保持建筑整體的穩(wěn)定性，可在洞邊設(shè)置剪力墻，并使其與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合，最大程度的保留抗側(cè)力性能[3]。

3 結(jié)語

在高層建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，建筑設(shè)計的質(zhì)量直接影響到建筑質(zhì)量，為了引導建筑行業(yè)健康發(fā)展，在建筑要求不斷提高情況下，相關(guān)建筑設(shè)計者應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作進行全面掌控，以結(jié)構(gòu)設(shè)計為立足點，在使高層建筑滿足基本的使用要求的同時，實現(xiàn)安全與質(zhì)量的同步管控，使高層建筑的結(jié)構(gòu)、外形能夠滿足客戶的基本要求，確保建筑設(shè)計的效益最大化。