高層剪力墻結(jié)構(gòu)樓層位移角的控制策略

程周

摘? ? 要：高層建筑在收到外界影響時會出現(xiàn)樓層位移角，本文就研究如何控制位移角，保證建筑物的安全性。首先分析了位移角的優(yōu)化原則，然后根據(jù)實例，研究了高層建筑X方向和Y方向剪力墻的設(shè)計，幫助設(shè)計人員更好地設(shè)計位移角。

關(guān)鍵詞：高層建筑;剪力墻結(jié)構(gòu);樓層位移角;控制策略

1? 引言

高層建筑收到地震影響和風(fēng)力的作用，可能會出現(xiàn)樓層位移的情況。為了保證建筑物的安全，就必須要控制位移角。因此，需要對高層剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，防止位移角過大。

2? 剪力墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的原則

對剪力墻進(jìn)行優(yōu)化的時候，需要從三個方面進(jìn)行分析，首先需要分析剪力墻的結(jié)構(gòu)抗震、亢奮能力，要充分發(fā)揮剪力墻抵抗水平載荷作用的能力。其次，要讓剪力墻的材料力學(xué)性能被充分發(fā)揮，保證剪力墻的材料力學(xué)結(jié)構(gòu)能夠更加合理，提升剪力墻的力學(xué)結(jié)構(gòu)效果。最后，還需要分析剪力墻的成本，進(jìn)行綜合型的優(yōu)化設(shè)計。

2.1? 剪力墻有適宜的剛度

剪力墻的體系當(dāng)中，剪力墻是關(guān)鍵的抗震構(gòu)件，但是剪力墻自身應(yīng)該有多強(qiáng)的剛度，是建筑中需要處理的問題。根據(jù)多年的經(jīng)驗，如果剪力墻的剛度比較大，那么地震對剪力墻損害就會比較小，然而，如果過度提升剪力墻的剛度，就會導(dǎo)致建筑的建設(shè)成本變得非常高，不利于成本控制[1]。為此，就需要平衡建筑物的剪力墻的數(shù)量，保證剪力墻能夠有合適的數(shù)量，而且不回成本過高。

剪力墻的合理數(shù)量主要來自于兩個因素，要控制好結(jié)構(gòu)的水平位移，需要滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，根據(jù)對水平位移其中對水平位移極限值的要求進(jìn)行考慮。其次需要控制地震力，在地震力計算值偏小的情況下，可能會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)頂點位移滿足要求的情況，然而實際上并不安全。

2.2? 減少短肢墻的數(shù)量

高層住宅的剪應(yīng)力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度取決于剪力墻的側(cè)移剛度，通過調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)的布置方案，調(diào)整剪力墻機(jī)構(gòu)的布置方案。應(yīng)該盡量選擇墻肢長度表較長的剪力墻，而且剪力墻的兩端和翼墻連接，并且減少小墻肢和短肢墻的數(shù)量。這樣優(yōu)化能夠讓剪力墻具有更高的抗側(cè)移剛度，并且能夠在滿足規(guī)范層間位移角的角極限值的情況下，減少剪力墻的數(shù)量。而且，使用截面高度比較大的墻肢，能夠減少剪力墻中開洞的數(shù)量，并且能夠降低剪力墻截面兩端約束構(gòu)件的數(shù)量，有效降低安裝的構(gòu)造筋面積，保證經(jīng)濟(jì)效益。

2.3? 控制墻肢長度的差異

在調(diào)整剪力墻的結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)該減少墻肢長度的差異，保證每一片剪力墻能夠在收到震動時有均勻的受力作用[2]。通過這種方法能夠避免出現(xiàn)剪力墻發(fā)生墻肢超近的情況，時也能夠保證剪力墻的構(gòu)造符合各種剪力墻片的要求，讓剪力墻能夠具備更高的側(cè)向荷載，發(fā)揮出剪力墻中鋼筋結(jié)構(gòu)的作用，提升建筑物的抗震性。

2.4? 合理的給剪力墻開洞

高層的剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，出了必須要給門窗開洞之外，還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)布局， 房屋結(jié)構(gòu)的情況，對方案進(jìn)行合理的設(shè)置。為此，必須要充分優(yōu)化設(shè)計方案，建筑的內(nèi)部要以長墻為主，并且減少建筑內(nèi)部洞的數(shù)量，讓剪力墻能夠充分發(fā)揮作用。所有的開洞，都要充分考慮到結(jié)構(gòu)的合理性，減小肢墻長度的差異，保證在地震的時候，各個墻面的手里都比較均勻。

2.5? 做好短肢墻和箍筋和水平鋼筋的合并

短肢剪力墻的截面高度很小，由于約束邊緣條件，導(dǎo)致占據(jù)比較大的范圍，這就造成剪力墻兩端如果約束件邊緣長度以內(nèi)設(shè)置箍筋和拉筋之后，如果再設(shè)置水平分布的鋼筋，就會導(dǎo)致水平箍筋出現(xiàn)大面積的重疊，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的浪費。所以，對于截面高度較小的短肢剪力墻，需要沿著墻肢的截面設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋，讓剪力墻的栽面兩端鋼筋水平分布。

3? 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計案例

3.1? 工程概況

某建筑為某工程的7號樓，該樓設(shè)計的防震強(qiáng)烈度為7度，場地類型為Ⅲ類，建筑采用了剪力墻結(jié)構(gòu)。基本風(fēng)力壓力為0.9kPa，地表的粗糙程度為B類。建筑的X方向的長為44m，Y方向的最大寬度為18.2m，最小寬度為10m，總高度為100m[3]。

3.2? 層間位移角的調(diào)整工作

經(jīng)過對建筑墻體布置，為了保證建筑物在兩個方向能夠具有相同的動力特性，由于Y方向?qū)儆诮ㄖ锏谋∪醴较颍訷方向就要布置更過的剪力墻。之后，使用軟件進(jìn)行計算，計算時嘉定采用了全樓面剛性樓板。經(jīng)過計算，該樓在經(jīng)過地震的作用后，層間的位移角能夠滿足規(guī)范的要求，但是由于風(fēng)載荷的作用，位移角并不會滿足要求。X向最大的層間位移角在樓的第13層出現(xiàn)，為1/1572，滿足設(shè)計規(guī)范的要求;但是Y方向最大的位移角出現(xiàn)在了24層，為1/912，并不能滿足設(shè)計規(guī)范的要求。因此需要對建筑的層間位移角的風(fēng)載荷進(jìn)行控制。

Y向的層間位移角和規(guī)范有很大的差距，并不能通過局部調(diào)整來滿足規(guī)范要求，所以必須要采取一定的措施來提升整個結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。為此，是首先需要調(diào)整Y方向剪力墻的結(jié)構(gòu)布置，通過增加Y方向剪力墻的數(shù)量提升剛度;其次需要避免高層建筑中剪力墻存在一字墻，也要盡可能避免出現(xiàn)短肢一字墻，所以Y向剪力墻需要做成T形或者L形。為了進(jìn)一步避免一字墻的出現(xiàn)，需要將剪力墻的搶斷做成柱式。由于建筑平面外側(cè)的剪力墻對整體剛度有著更加明顯的作用，所以必須要提升Y方向的剪力墻的整體剛度。由于Y方向存在剪力墻的建筑洞口，因此剪力墻不能在Y方向分段，并且要保證各個墻段之間用高粱連接，保證各個墻段之間能夠有足夠的剛度。

風(fēng)載荷作用下，可以不考慮連梁剛度的減少，所以X向和Y向并不是孤立的，而是存在相互的聯(lián)系的，并且也有著相互作用。為此，需要減小Y軸和Y向剪力墻相連的X向剪力墻的長度，以便能夠提升Y向剪力墻的剛度，從而讓Y向的位移角可以降低。

為了讓整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，可以加強(qiáng)外圍的L形墻體在X向的短肢厚度，以及連接L形墻體之間X向連梁或者梁的寬度。這樣能夠讓Y向具有更強(qiáng)的剛度，但是X向連梁或者梁高的增大并不會影響到Y(jié)向的位移角。還需要增加建筑物外圍Y向剪力墻的厚度，重點提升和X軸較遠(yuǎn)的Y向剪力墻，從而獲得最好的效果[4]。

3.3? 效果分析

為了讓Y向外側(cè)剪力墻具有更高的剛度，Y向的各個分段的剪力墻之間的梁高可以更高，這樣可以降低剛度的損失。X向和Y向的剪力墻是存在聯(lián)系的，并且在建筑外側(cè)有著更加明顯的相互作用，所以必須要保證X想剪力墻具有足夠的剛度，從而提升Y向剪力墻的剛度。通過增加建筑外圍X向的L形剪力墻的厚度，并且增加兩個短肢墻的寬度，就可以很明顯地提升Y向的剛度。通過改變建筑外圍Y方向的剪力墻的厚度，也能夠有效改變層間的位移角。改變層間位移角不能滿足要求時，通過改變剪力墻混凝土強(qiáng)度等級也可以降低Y方向的位移角。

4? 結(jié)束語

為了控制高層建筑的位移角，需要做好剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過提升Y方向剪力墻的剛度，以及X方向的剪力墻和Y方向相配合，提升建筑物整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。還可以通過提升混凝土強(qiáng)度的方法，降低位移角，保證建筑的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張品樂，劉俊雄.短肢剪力墻損傷累積性能試驗研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2019（2）：28～30+47.

[2] 安賀舜，周德源.預(yù)制裝配式剪力墻鋼筋連接方法研究進(jìn)展[J].結(jié)構(gòu)工程師，2018（6）：158～167.

[3] 白若冰.高層剪力墻結(jié)構(gòu)樓層層間位移角的控制策略[J].建筑結(jié)構(gòu)，2018（24）：63～69.

[4] 劉仲偉.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)地震易損性研究[J].國際地震動態(tài)，2018（11）：48.