【摘要】本文筆者對剪力墻設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用進行了探討，希望對相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】剪力墻設(shè)計，高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用

前言：當高層剪力墻的設(shè)計存在缺陷時，將會嚴重影響到剪力墻結(jié)構(gòu)和整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，因此，高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)成為當今社會關(guān)注的焦點。通過分析高層建筑的實際狀況，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)定對高層剪力結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，不僅能夠顯著地提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)和整個建筑的穩(wěn)定性，還能夠顯著地降低工程成本，對促進我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展具有非常重要的作用。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的概念及結(jié)構(gòu)能效

剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑的主要承載部分，并且還是承擔地震、風等傳遞水平載荷導(dǎo)致的軸力、剪力以及彎矩等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，同時也是建筑的分隔墻和圍護墻，所以在布置剪力墻的過程中，應(yīng)該滿足建筑物的結(jié)構(gòu)布局和平面布局，剪力墻結(jié)構(gòu)的開間相對較小，高層建筑的樓層蓋板通常選用現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)平板，這樣，其空間結(jié)構(gòu)的利用率更高，能夠有效節(jié)約建筑的層高。剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性和空間作用都非常好，并且具有很強的承載性能和抗側(cè)力性能，因此，許多高層建筑都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。但是，剪力墻結(jié)構(gòu)也具有許多缺點，例如建筑物的布置方案相對固定、不靈活，空間間距有很大的限制，不適合空間較大的建筑，而適用于高層的小空間建筑以及住宅等。

剪力墻的特點是外平面承載力小，內(nèi)平面承載力大，外平面剛度小，內(nèi)平面剛度大，因此，當剪力墻和外平面方向的梁連接時，會產(chǎn)生墻肢平面外彎矩，因此，在設(shè)計過程中，要盡量避免剪力墻的外平面搭接。在進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要盡量沿著主軸的方向進行多向布置，盡可能的將不同方向的剪力墻連接在一起，但要防止出現(xiàn)拉通對直的現(xiàn)象；在進行抗震設(shè)計時，要盡量保證兩個方向的側(cè)向剛度相同，并且剪力墻結(jié)構(gòu)要盡量簡單，防止出現(xiàn)單向有墻的情況，同時要盡量保證各個方向的剪力墻分布均勻，從而充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的工作性能。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)類型

（1）根據(jù)形態(tài)可分為：不開洞的整體墻； 有洞口的聯(lián)肢墻。（2）按高厚比可分為：截面高度與厚度之比大于8時，稱為一般剪力墻； 該值為5～8 時，稱為短肢剪力墻； 該值小于5時，稱為超短肢剪力墻； 該值不大于3時，稱為柱形超短肢剪力墻。（3）按剪跨比可分為： 剪跨比大于2的屬于一般剪力墻，在水平地震作用下，可以實現(xiàn)延性的彎曲破壞； 剪跨比在2～1 之間的剪力墻，剪切變形較大，一般會出現(xiàn)斜裂縫，通過強剪弱彎設(shè)計，可實現(xiàn)有一定延性和耗能能力的彎曲、剪切破壞； 剪跨比小于1的稱為矮墻，這類墻體易發(fā)生脆性剪切破壞，設(shè)計中盡量避免。對于剪跨比小于2的墻肢，可通過設(shè)置較大洞口將其分成剪跨比大于2的墻肢。

3剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

3.1 工程概況

本文以某高層建筑為例，該高層建筑總共 16 層，還有 2層地下室，總建筑面積為 1.075×105m2，地下室主要用于物業(yè)辦公以及車庫，地上首層為商業(yè)層，層高為 3.5 m，其余為住宅，層高均為 2.85 m，該高層建筑的建筑類別為丙類。該高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)的參數(shù)表現(xiàn)為：地下層以及 1 層的剪力墻厚度為 250 mm，2 層以及 2 層以上的外墻為 200 mm，內(nèi)墻為180 mm。原設(shè)計方案中，其剪力墻結(jié)構(gòu)在 X 方向的最大層間位移角為 1/2 376，Y 方向的最大位移角為 1/1 623.通過對剪力墻結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計之后，剪力墻結(jié)構(gòu)在 X 方向的最大層間位移角降低至 1/1 901，Y 方向的最大位移角降低至 1/1 417，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計之后，不但提高了高層剪力墻結(jié)構(gòu)以及整體建筑的穩(wěn)定性，還節(jié)約了大量的梁、板、墻等的鋼筋以及混凝土的用量，顯著地降低了建筑成本，具有非常好的經(jīng)濟性。

3.2 高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

1）高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計

高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案多種多樣，在選擇高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)該選擇正確的建筑結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件需要的材料。層數(shù)低于 20 層時，通常采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的水平地震剪力、周期和位移等都能夠被控制在合理的范圍內(nèi)，并采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，合理地將鋼筋混凝土墻置換成砌體或者磚墻，這樣不僅能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度，減輕結(jié)構(gòu)的自重，還能夠有效降低工程成本。對于層數(shù)超過 20 層的建筑，如果采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)較軟，結(jié)構(gòu)頂點位移以及層間位移就不能夠滿足相關(guān)的設(shè)計要求，并且剪力系數(shù)較低，影響建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，因此，采用全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)方案，當結(jié)構(gòu)剛度計算值偏大時，可以在較大的墻肢上增設(shè)結(jié)構(gòu)洞，并將窗臺改設(shè)為磚或者砌體等進行微調(diào)，這樣能夠增加結(jié)構(gòu)的延性，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

2）剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋的優(yōu)化設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋的優(yōu)化設(shè)計，首先應(yīng)該選擇質(zhì)量好的鋼筋，并且鋼筋材料在進場之前，應(yīng)該檢查其是否具備生產(chǎn)許可證、合格證以及其他相關(guān)的證明資料。只有檢查合格之后才允許材料進場，剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋通常要求將豎向鋼筋放置在內(nèi)側(cè)，水平鋼筋設(shè)置在外側(cè)。由于地下部分墻體配筋相對較多，并且土壓力和水壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力相對較大，可以將地下建立墻結(jié)構(gòu)墻體的豎向鋼筋設(shè)置在外側(cè)，將水平鋼筋設(shè)置在外側(cè)，配筋滿足規(guī)范建議以及相應(yīng)工程計算的最小配筋率即可。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的優(yōu)化設(shè)計

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定，跨高比超過 5 的連梁應(yīng)該根據(jù)框架梁進行設(shè)計，也就是說跨高比超過 5的連梁，其剛度不能折減，但跨高比在 5～6 之間的連梁，如果剛度不折減，就很容易出現(xiàn)剪力超限的問題，并且還會造成工程成本的浪費。

3.4 層間層高比和最大位移的優(yōu)化設(shè)計

在設(shè)計的有關(guān)依據(jù)中有規(guī)定，對于在計算多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層最大的彈性層間位移時，一般情況下是不需要扣除結(jié)構(gòu)整體彎矩變形，還要計入扭轉(zhuǎn)變形來進行計算，當然這并不包括以彎曲變形為主的高層建筑。因此，對于高層建筑來說，重點應(yīng)該控制樓層間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形。通過控制豎向構(gòu)件的數(shù)量能夠控制剪切變形，單數(shù)豎向構(gòu)件如果布置得不合理，同樣會造成較大的扭轉(zhuǎn)變形，因此，在高層建筑中，應(yīng)該盡可能地降低扭轉(zhuǎn)變形，不能不經(jīng)過分析就隨意增加豎向構(gòu)件的剛度。

3.5 樓層最小剪力系數(shù)的優(yōu)化設(shè)計

在樓層最小剪力系數(shù)的優(yōu)化設(shè)計中，當結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩其中的短肢建立墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于 40%的情況下，應(yīng)該盡量減少剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標，使樓層最小剪力系數(shù)接近于規(guī)范限制。這樣不僅能夠增大剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，還能夠有效降低結(jié)構(gòu)的自重，降低地震作用對建筑的影響和工程成本。

結(jié)束語

總之，相關(guān)設(shè)計人員要充分做好現(xiàn)場施工的勘察分析工作，根據(jù)實際的施工情況來制定最終科學合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，加強對剪力墻施工質(zhì)量的監(jiān)管力度，建立完善的施工管理體系，注重對施工人員安全意識的培養(yǎng)，使其能夠嚴格按照規(guī)范的操作流程進行施工作業(yè)，確保建筑物整體的使用質(zhì)量，從而促進我國建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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