陳禮莊　李剛

摘 要：高層建筑于現(xiàn)代城市建設(shè)中占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)，而剪力墻結(jié)構(gòu)能提高高層建筑的穩(wěn)定性，于是本文研究了高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 前言

利用剪力墻可將高層建筑的最基本功能全部實(shí)現(xiàn)，而剪力墻結(jié)構(gòu)也越來(lái)越多的用于高層建筑中，因此有必要保證剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

2 高層建筑中剪力墻的應(yīng)用評(píng)價(jià)

在高層建筑中，抗震性能是決定建筑質(zhì)量的重要因素，因此，需要有效控制建筑物在地震水平荷載作用下產(chǎn)生的橫向位移量，該情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，如何進(jìn)行剪力墻受力分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算，成為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的熱議課題。剪力墻結(jié)構(gòu)具有整體性良好、側(cè)向剛度大，同時(shí)在水平力作用下位移量小的優(yōu)點(diǎn)，由于沒有梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，有利于建筑物內(nèi)部空間的布局設(shè)計(jì)。隨著建筑物高度的升高，在地震等外力作用下，建筑物產(chǎn)生的橫向位移量會(huì)越來(lái)越大，剪力墻結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生扭曲形變，在以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大都將剪力墻簡(jiǎn)化成具有等效剛度的桿件，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其需要注意剪力墻在和樓面連接處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該采取有效地控制措施。

3 高層建筑中剪力墻的設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1 合理制定建筑方案

在高層建筑的設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一是設(shè)計(jì)者考慮的一個(gè)主要問(wèn)題，這種統(tǒng)一主要體現(xiàn)在同一空間內(nèi)，建筑結(jié)構(gòu)要保證使用同樣的設(shè)計(jì)理念和內(nèi)部構(gòu)造原理，同時(shí)還要將經(jīng)濟(jì)適用性和設(shè)計(jì)方案應(yīng)用性兩個(gè)因素考慮進(jìn)去。綜合考量這兩方面因素的協(xié)調(diào)性和可行性后，選擇并依據(jù)最佳的設(shè)計(jì)方案展開設(shè)計(jì)。

3.2 合理選擇設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖的選擇主要從結(jié)構(gòu)體系、節(jié)點(diǎn)、支座、荷載四個(gè)方面去考慮，遵循兩個(gè)原則：①正確反映結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況，使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況；②略去次要因素，便于分析和計(jì)算。如果選擇了錯(cuò)誤的簡(jiǎn)圖作為依據(jù)，會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)造成不良后果，更嚴(yán)重的還可能引發(fā)安全事故。

3.3 精確進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算

數(shù)據(jù)是支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能的減少數(shù)據(jù)計(jì)算中的誤差，并能合理反映結(jié)構(gòu)受力條件，提高計(jì)算效率。目前設(shè)計(jì)人員普遍采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，這就對(duì)設(shè)計(jì)人員的計(jì)算機(jī)操作水平有一定的要求。同時(shí)需注意工具都不是萬(wàn)能的，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)有明確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念，正確分析程序不能精確模擬的部分。

4 高層建筑中剪力墻的設(shè)計(jì)要求

4.1 調(diào)整樓層剪力系數(shù)

在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要盡量將構(gòu)件布置降到最低，采用最佳辦法就是布置大開間剪力結(jié)構(gòu)，從而使側(cè)向結(jié)構(gòu)可以滿足高層建筑需求。此外，要保障樓層間的剪力系數(shù)是最小的，但不可高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，高層建筑整體承受的地震力與剪力墻承受的地震力之間的比務(wù)必不能超過(guò)4：1，這樣才會(huì)才會(huì)確保結(jié)構(gòu)自身的重量，從而將地震帶來(lái)的破壞地降到最低，節(jié)約建筑成本。

4.2 調(diào)整樓層間位移與層高

在計(jì)算樓層間的位移時(shí)，若是高層建筑建設(shè)在一個(gè)地震多發(fā)的地區(qū)，需要合理計(jì)算樓層的標(biāo)準(zhǔn)值，這樣可以把結(jié)構(gòu)彎曲變形保留下來(lái)，在基于彎曲變形為核心的高層建筑中需要計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形。在高層建筑建設(shè)時(shí)最需要考慮的問(wèn)題就是樓層間的扭轉(zhuǎn)變形與剪力變形。對(duì)于高層建筑而言，不可以只通過(guò)對(duì)樓層間的位移進(jìn)行計(jì)算來(lái)確認(rèn)豎向構(gòu)件的剛度，它需要將發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的幾率降到最低。

4.3 調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)

若是剪力墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)跨高的比太小的話，就會(huì)造成建筑剪力與彎矩過(guò)大的情況出現(xiàn)。依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要，施工跨度是不可以低于標(biāo)準(zhǔn)跨度的，若是高出在對(duì)建筑的連續(xù)墻進(jìn)行建設(shè)時(shí)時(shí)無(wú)法保障其效果的，合理的選取跨度比可以有效的避開彎矩或是剪力過(guò)量的情況發(fā)生。在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要參照建筑的整體情況，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面考慮可以有效減少建筑成本。

5 高層建筑中剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)用

5.1 剪力墻的選擇布置

在選取短肢剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)務(wù)必要保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能較低，對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)無(wú)法給予一個(gè)穩(wěn)定的支撐，所以在選取時(shí)要考慮諸多因素，在確保建筑布置的靈活性之外，還要充分降低建筑結(jié)構(gòu)的整體重量。在布置剪力墻時(shí)不可存在一些獨(dú)立的小墻肢，否則會(huì)造成建筑施工難度上升，在實(shí)際工作中，需科學(xué)規(guī)范的對(duì)洞口進(jìn)行合并處理，從而防范一些獨(dú)立墻肢應(yīng)用。剪力墻結(jié)構(gòu)的剛硬度是影響施工周期與抗震性能的直接因素，因此在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)需要將剛度放在首位。此外，在對(duì)剪力墻剛度進(jìn)行控制時(shí)，需要符合施工標(biāo)準(zhǔn)，保證連梁超筋與建筑墻肢之間具備較高的抗剪力。

5.2 內(nèi)隔墻工程的設(shè)計(jì)

內(nèi)隔墻工程設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑工程框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分。在進(jìn)行內(nèi)隔墻的設(shè)計(jì)時(shí)，要注意其不能影響到基礎(chǔ)墻體的實(shí)際承重，在內(nèi)隔墻施工中還需要做到三點(diǎn)：①在進(jìn)行內(nèi)隔墻工程施工的選材工作中，要對(duì)高強(qiáng)度的抗震能力、安全性和經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行考慮；②要做好施工方案的設(shè)計(jì)工作，不斷提高施工設(shè)計(jì)方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性和合理性，在保證內(nèi)隔墻施工質(zhì)量的前提下，盡量去控制施工的成本，此外還需要對(duì)內(nèi)隔墻的藝術(shù)性和美觀性進(jìn)行考慮；③內(nèi)隔墻工程施工是建筑工程框架剪力墻結(jié)構(gòu)施工的收尾工作，所以其施工需要從整個(gè)建筑工程入手，需要前提的各種施工質(zhì)量達(dá)到保證的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行施工。

5.3 剪力墻梁、柱設(shè)計(jì)

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)柱弱梁是對(duì)框架的要求。并且需要在梁上首先產(chǎn)生塑性鉸，這樣可以對(duì)結(jié)構(gòu)柱的安全性進(jìn)行保證。但是，如果結(jié)構(gòu)柱平面對(duì)角線的方向與地震作用方面相同時(shí)，要全部屈服四個(gè)方向的梁，這樣塑性鉸才可以確保不在柱上出現(xiàn)。此外，梁因樓板與樓板內(nèi)的鋼梁對(duì)其產(chǎn)生了加強(qiáng)作用，弱梁的強(qiáng)度相對(duì)的提升了。所以，強(qiáng)柱弱梁的概念并不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，而且設(shè)計(jì)上對(duì)結(jié)構(gòu)柱的承載能力的提升是絕對(duì)有其必要性的。所以，現(xiàn)行混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求中的“同一根鋼筋上接頭應(yīng)盡量少設(shè)”需要在結(jié)構(gòu)圖上明確的寫出。同時(shí)在框架柱筋上，不允許使用大量的短筋進(jìn)行焊接。

5.4 剪力墻的連梁設(shè)計(jì)

連梁是建筑結(jié)構(gòu)連接剪力墻的主要結(jié)構(gòu)，它的兩端與剪力墻結(jié)構(gòu)相連，由于剪力墻自身存在一定剛強(qiáng)度，因此會(huì)對(duì)連梁結(jié)構(gòu)造成一定內(nèi)力。為了將梁結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力有效降低，需對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力開展計(jì)算工作，應(yīng)用最常見的方式就是剛度折減，但在實(shí)際應(yīng)用中需控制好具體的折減值。在受到地震與風(fēng)力的作用下，會(huì)對(duì)連梁結(jié)構(gòu)造成較大內(nèi)力，進(jìn)而影響連梁結(jié)構(gòu)的性能。因此通常情況下會(huì)利用增加剪力墻洞口寬度或是在連梁結(jié)構(gòu)中開水平縫的方式來(lái)減小連梁結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，從而降低不同應(yīng)力對(duì)連梁結(jié)構(gòu)的破壞，以此來(lái)增加高層建筑結(jié)構(gòu)的牢固性。

5.5 剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的承重性比較特別，因此在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需切實(shí)對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行有效控制，從而保障高層建筑中的各個(gè)荷載都在合理范圍內(nèi)。在對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)位移、側(cè)向剛度、周期等方面的比例進(jìn)行科學(xué)且規(guī)范的設(shè)計(jì)，將其數(shù)值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，進(jìn)而保障高層建筑不會(huì)因剪力墻設(shè)計(jì)不合理而出現(xiàn)偏心力或是扭轉(zhuǎn)的情況。在對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還要對(duì)剪力墻的本身存在的不規(guī)則性實(shí)行限定設(shè)計(jì)，務(wù)必要將其控制在合理范圍中。在對(duì)高層建筑內(nèi)的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需要將剪力墻結(jié)構(gòu)的參數(shù)控制在合理范圍中。

6 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)今高層建筑構(gòu)造中使用最多的就是剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻作為高層建筑結(jié)構(gòu)中的主要環(huán)節(jié)，必須合理的應(yīng)用剪力墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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