【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑物開始在社會(huì)的各個(gè)角落拔地而起。而高層建筑物的施工建設(shè)對(duì)其設(shè)計(jì)方案具有非常高的要求。尤其是剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更是整個(gè)設(shè)計(jì)方案中的一大要點(diǎn)。鑒于此，本研究討論了一些筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，為設(shè)計(jì)人員提供簡單的參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑 剪力墻結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻是建筑物非常重要的承力結(jié)構(gòu)，特別對(duì)于高層建筑來說，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)乎整個(gè)建筑的安全性與穩(wěn)定性。但是，很多設(shè)計(jì)者為了保證剪力墻的可靠性而往往把它設(shè)計(jì)的十分復(fù)雜，結(jié)果反而使其的性能有所下降。因此，必須采取一些可行的方式優(yōu)化它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一些方法

高層建筑剪力墻是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中重要的承力結(jié)構(gòu)，它一般會(huì)受到其他結(jié)構(gòu)部分的水平拉力、縱向壓力等作用，同時(shí)具有較大的橫向剛度。因此，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點(diǎn)，并與實(shí)際的工程背景相結(jié)合，對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)行認(rèn)真研究是有必要的。從實(shí)際工程設(shè)計(jì)以及工程建設(shè)方面來看，剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括剪力墻的分布密度、分布位置、施工層數(shù)以及抗震性、抗壓性、抗拉性等幾個(gè)主要方面。

1.1.剪力墻結(jié)構(gòu)的空間布置優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)的空間布置是其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要方面，其原因在于，倘若它的空間布置處在非常合理的位置的情況下，就可以在一定程度上簡化其整體結(jié)構(gòu)（如重量、體積等），且可以有效地減少其數(shù)量。在具體進(jìn)行空間布置時(shí)，剪力墻盡可能布置在結(jié)構(gòu)周邊外圍護(hù)墻位置，在結(jié)構(gòu)中部宜減少剪力墻的布置量，且各墻肢布置時(shí)應(yīng)使用整體式鑄造結(jié)構(gòu)，并使用強(qiáng)度大的混凝土結(jié)構(gòu)，以盡量較少其外部構(gòu)建，簡化其整體結(jié)構(gòu)，從而獲得獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)、抗扭剛度。同時(shí)，在剪力墻連續(xù)轉(zhuǎn)折及小墻垛布置時(shí)，宜使用轉(zhuǎn)折處平滑過渡、小墻垛適當(dāng)削平等施工設(shè)計(jì)方案，以減小其對(duì)外緣構(gòu)件的影響。

1.2. 剪力墻的內(nèi)部構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)造

剪力墻的特點(diǎn)是平面外剛度及承載力相對(duì)很小，而平面內(nèi)剛度及承重力大，這就要求在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工時(shí)對(duì)彎矩進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，具體做法是精確地計(jì)算墻體受力分布，從而決定彎矩的角度以及曲度。而在剪力墻中抗震墻的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)滿足墻肢軸壓比限值界線值時(shí)可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，一般剪力墻墻體配筋要求是水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)，在鋼筋的選擇是，盡量選擇韌性好延展性稍強(qiáng)的鋼筋，并注意鋪設(shè)的密度；除此之外，還應(yīng)該在剪力墻的頂部設(shè)施是適當(dāng)大小的暗梁，從而滿足連梁、框架梁縱筋及剪力墻豎向鋼筋錨固需要，并且按照實(shí)際需求配置縱筋和箍筋，并將接縫焊接緊密，從而在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化（在滿足施工要求的情況下）。

1.3.剪力墻開口部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

有些時(shí)候，剪力墻會(huì)承載一些橫梁、樓板等結(jié)構(gòu)，而會(huì)在墻體上設(shè)置一些開口。而開口的開鑿無疑會(huì)影響到剪力墻整體的性能。而為了彌補(bǔ)這種性能上的損失，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)增加一些附屬結(jié)構(gòu)來進(jìn)行彌補(bǔ)。但是這些結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上使得剪力墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。為了解決這個(gè)“矛盾性”問題，可以采取一些優(yōu)化方案，如對(duì)于小開口的整體墻，因洞口的影響，墻肢間不是直線應(yīng)力分布，但偏離不大，在整體墻計(jì)算方法的基礎(chǔ)上可加以修正；在對(duì)抗震性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，則應(yīng)當(dāng)盡量避免在洞口與墻邊或兩個(gè)洞口之間形成墻肢截面，并可以設(shè)置一些簡單的類似支架功能的結(jié)構(gòu)體，從而達(dá)到剪力墻開口部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

1.4.剪力墻施工設(shè)計(jì)方案的選擇

根據(jù)一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)方案階段是最重要的控制階段，其在整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中所占據(jù)的影響力占到了總體的70%，可謂是最關(guān)鍵的階段。也就是說，整個(gè)剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)工作能達(dá)到什么樣的高度，關(guān)鍵就在這個(gè)階段之中。因此，在方案階段應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)形式的合理性與經(jīng)濟(jì)性，并使建筑功能與結(jié)構(gòu)布置結(jié)合，最終確定其設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方法。其具體做法是：將設(shè)計(jì)隊(duì)伍按照合適的方法分成若干組，每一個(gè)組單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，并拿出具體的設(shè)計(jì)方案，最后將各個(gè)方案匯集起來綜合的進(jìn)行比較，優(yōu)勝劣汰，并吸取每一個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)，匯集成一個(gè)新的總方案。并將這個(gè)方案交予專家組仔細(xì)論證，以求得相關(guān)的改進(jìn)意見，最終形成最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在施工方面，根據(jù)實(shí)際研究，超過 20 層的建筑物結(jié)構(gòu)（也即高層建筑）最好還是采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻，如若采用短肢剪力墻體系，結(jié)構(gòu)就會(huì)較柔，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和層間位移規(guī)范要求就不一定能夠得到滿足，底部剪力系數(shù)也偏低，就會(huì)造成不安全的結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，而且還需要嘗試性的施工，也即先施工一小部分墻體，驗(yàn)證其是否滿足實(shí)際需求，然后再進(jìn)行全面性施工。最后需要說明的一點(diǎn)是，有時(shí)在采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，若出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的剛度過大的情況時(shí)，可以采用在墻肢上開孔，或者將窗臺(tái)改成磚砌結(jié)構(gòu)等措施進(jìn)行調(diào)整。

1.5.連梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

連梁結(jié)構(gòu)式剪力墻最為重要的組成結(jié)構(gòu)之一，它的優(yōu)化設(shè)計(jì)情況往往會(huì)在很大程度上影響到整體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果。在工程上，連梁主要起到抗震的作用。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，連梁往往以高跨比2.5作為“分水嶺”，將連梁結(jié)構(gòu)形態(tài)分為高跨比大于2.5和小于2.5這兩種類型，且工程上在截面受剪承載力以及配筋這兩個(gè)方面對(duì)這兩種類型都有明確的要求，而在其優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)必須在滿足要求的條件下進(jìn)行。此外，在其塑性調(diào)幅方面，一般采用的優(yōu)化方案是以下兩種：（1）將連梁的剛度在內(nèi)力計(jì)算之前進(jìn)行折減。（2）將連梁的彎矩與剪力的組合值在內(nèi)力計(jì)算之后再乘上一個(gè)折減系數(shù)。上述兩種方法并沒有明顯的優(yōu)劣之分，所要達(dá)到的優(yōu)化結(jié)果都是經(jīng)過調(diào)整后連梁的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值不得小于使用階段實(shí)際值，也不得低于設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，從而保證在連梁結(jié)構(gòu)受到較大真震動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)較大的裂縫甚至斷裂，從而影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全性。此外，對(duì)連梁進(jìn)行鉸接處理時(shí)，不應(yīng)留下冷縫、裂口等問題。

1.6. 剪力墻底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

由于剪力墻是十分重要的承力結(jié)構(gòu)，而單憑主墻體的強(qiáng)度一般很難滿足實(shí)際施工需要，尤其在高大的建筑物中更是如此。為了解決這個(gè)問題，在工程上普遍采用對(duì)剪力墻底部設(shè)置加強(qiáng)墻的方法。而加強(qiáng)墻的增設(shè)會(huì)在一定程度上使得整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，從而影響到建筑內(nèi)其他結(jié)構(gòu)部分的布置。因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。到目前為止，實(shí)際施工中所采用的的優(yōu)化方案有：（1）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，并注意底墩的外飄寬度；（2）當(dāng)剪力墻的底部包含有轉(zhuǎn)換層或者類似結(jié)構(gòu)時(shí)，所采取的方法與（1）中的時(shí)分相似，也就是其剪力墻底部加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。除此之外，還有一種比較特殊的情況，也即嵌固部位不是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，而是使用其它結(jié)構(gòu)來代替時(shí)，例如地下室頂板視作嵌固部位的情況，為了在發(fā)生地震時(shí)避免引起破壞的傳遞性，就需要在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中將加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延

伸到地下室，并應(yīng)按規(guī)范要求在地下室第1層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件?？偠灾?，底部加強(qiáng)墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)所起到的優(yōu)化作用是十分明顯的，應(yīng)當(dāng)給于足夠的重視。

結(jié)語：另外，轉(zhuǎn)換成的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)同樣不容被忽視，它在剪力墻中的作用也是非常重要的。最后需要強(qiáng)調(diào)的是，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注重經(jīng)濟(jì)性，控制好成本。

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