鄭曉亮 上饒縣建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 上饒 334100

良好的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)對于優(yōu)化設(shè)計(jì)有著非常高的重要性，而設(shè)計(jì)人員良好的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)概念的形成離不開足夠的技術(shù)研究的支持。

1 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡析

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)工作，這主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)重要性、設(shè)計(jì)前提、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則等方面。以下從幾個方面出發(fā)，對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

1.1 設(shè)計(jì)重要性

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著非常高的重要性。眾所周知高層建筑是社會生產(chǎn)發(fā)展和人們生活需求的產(chǎn)物，并且本身也是現(xiàn)代化商業(yè)化工業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)則在很大程度上反應(yīng)出了一個國家的建筑科技經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。其次，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)一以及城市人口密度的持續(xù)提升，高層建筑正在逐步成為當(dāng)今建筑最為重要的發(fā)展趨勢，并且也成為了城市現(xiàn)代化的象征。因此為了能夠有效的滿足高層建筑的抗震性和經(jīng)濟(jì)性，對于剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究就具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1.2 設(shè)計(jì)前提

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著必要性的前提。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身就具有很多的概念和原則。打個比方來說，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)一幢高層建筑時可以將這一建筑看成一根豎直放置于嵌固于地基的開孔帶。其次，由于高層建筑多為巨型空間構(gòu)架，因此建筑的剪力墻不僅僅需要承受所有重力荷載的作用，并且還需要在這一前提下保持穩(wěn)定。與此同時，由于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)還需要保證各種建筑內(nèi)部的裝飾、填充墻等不會在地震等問題中受到損壞，還需要提供建筑內(nèi)部工作、生活的人們有一個舒適的環(huán)境，因此其設(shè)計(jì)需要將剪力墻可能出現(xiàn)的變形控制在一定范圍內(nèi)。

1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自身有著獨(dú)特的特點(diǎn)。眾所周知剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下往往容易出現(xiàn)彎曲型的側(cè)向變形，并且由于剪力墻結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載和水平荷載都較大，結(jié)果在很大程度上促使了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)具有很好的整體性和側(cè)向剛度。但是在這一過程中需要注意的是，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)由于不能夠提供大空間房屋并且結(jié)構(gòu)延性通常來說也較差，因此這在很大程度上限制了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間，例如許多高層建筑的內(nèi)部房屋只能以小房間為主，這與高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制有著非常大的關(guān)系。

1.4 設(shè)計(jì)原則

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行樓層最低剪力系數(shù)的計(jì)算，并且在計(jì)算完畢后通過復(fù)核來確保計(jì)算結(jié)果非常接近規(guī)范值。其次，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)控制好結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt 與平動為主的自振周期 T1 之比，并且確保其不會大于該樓層平均值的1.5 倍。這一情況主要是為了能夠進(jìn)行一步的減輕結(jié)構(gòu)自身的重量，并且還能夠在此基礎(chǔ)上有效的有效的減少地震造成的破壞，最終達(dá)到降低高成績建筑整體工程造價的目的。

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

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要許多方面工作的支持。以下從優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置、確保結(jié)構(gòu)均勻、合理開設(shè)洞口、進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析等方面出發(fā)，對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化首先應(yīng)當(dāng)著眼于結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置時首先應(yīng)當(dāng)確保剪力墻是沿著主軸方向或者是其他方向來進(jìn)行雙向布置。這一布置在一方面能夠形成良好的空間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，并且還能夠使兩個受力方向的抗側(cè)剛度接近，最終使其具有較好的空間工作性能。其次，剪力墻上要求開設(shè)門窗洞，因此設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)當(dāng)針對剪力墻的抗側(cè)剛度較大的特性來進(jìn)一步充分利用剪力墻的能力，例如設(shè)計(jì)人員可以減輕結(jié)構(gòu)重量并且以此基礎(chǔ)上增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間。與此同時，設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)當(dāng)在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升剪力墻的質(zhì)量與使用壽命。

2.2 確保結(jié)構(gòu)均勻

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化還應(yīng)當(dāng)確保結(jié)構(gòu)的均勻性。由于高層建筑按照所用結(jié)構(gòu)材料可以分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。并且于砌體材料的抗拉強(qiáng)度較低，抵抗水平荷載作用的能力和延性較差，在高層建筑中很少使用。高層結(jié)構(gòu)的基本受力單元包括框架、剪力墻和筒體。伴隨著高層建筑的迅速增加，原來的框架結(jié)構(gòu)因?yàn)槁读?，露柱現(xiàn)象已逐漸被剪力墻結(jié)構(gòu)所替代。剪力墻是以承受水平荷載為主的豎向構(gòu)件，其寬度可達(dá)幾十米甚至上百米。設(shè)計(jì)人員在確保結(jié)構(gòu)均勻時應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)墻肢剛度相差過于懸殊的洞口設(shè)置，并且當(dāng)剪力墻的洞口布置出現(xiàn)錯洞問題時設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)通過采取框架形式等不同的方法來迅速的對其進(jìn)行處理。其次，設(shè)計(jì)人員在確保結(jié)構(gòu)均勻時應(yīng)當(dāng)確保剪力墻能夠自下到上連續(xù)布置，從而能夠有效的避免剛度突變問題的出現(xiàn)。與此同時，設(shè)計(jì)人員在確保結(jié)構(gòu)均勻時可以沿高度來有選擇性的減少部分墻肢，從而能夠避免對于結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生不利的影響。

2.3 合理開設(shè)洞口

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要合理的開設(shè)洞口。工作人員在合理開設(shè)洞口時應(yīng)當(dāng)將其分成長度較為均勻的若干墻段，并且在這一過程中采用弱連梁來進(jìn)行連接，這主要是為了能夠確保每個獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比低于3，從而能夠有效的避免剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞。其次，由于高層住宅樓通常利用樓梯、電梯及豎向管道井等部位設(shè)置剪力墻，形成相對完整的筒體。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)盡量避免在洞口與墻邊或者是在兩個洞口之間形成墻肢截面高度與厚度之比小于4 的小墻肢。與此同時，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)小墻肢截面高度小于墻厚的2 倍的剪力墻時應(yīng)當(dāng)按框架柱來進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在這一過程中合理的控制剪力墻平面外的彎矩，從而能夠在此基礎(chǔ)上保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。

2.4 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析

設(shè)計(jì)人員在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行細(xì)致的結(jié)構(gòu)分析。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)首先通過結(jié)構(gòu)分析來滿足最大層間位移、周期比 、位移比等重要的結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)。其次，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時應(yīng)當(dāng)考慮到不同抗震等級情況下剪力墻的穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)造要求，并且還應(yīng)當(dāng)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定來進(jìn)行設(shè)計(jì)。與此同時，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理和剪力墻結(jié)構(gòu)的具體剛度，來最終提升結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)由于能夠有效的滿足規(guī)范約束條件，并且可以在此基礎(chǔ)上獲得優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)方案，來達(dá)到降低成本造價，提高工程質(zhì)量的效果，因此是高層建筑設(shè)計(jì)人員的提升建筑水平的重要方法。

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