朱柏洋 湖南省長沙市同升湖國際實驗學校

高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計分析探討

朱柏洋 湖南省長沙市同升湖國際實驗學校

作為建筑中的重要組成部分，剪力墻結構設計質量會對建筑使用壽命、性能等產(chǎn)生相應影響。通過對部分高層建筑的了解可以發(fā)現(xiàn)，部分高層建筑的剪力墻結構存在一些問題。為了提升高層建筑的性能，保證居住者的人身安全，需要加強剪力墻結構的設計。本文從剪力墻結構的特點入手，對高層建筑剪力墻結構的優(yōu)化設計進行分析和研究。

高層建筑 剪力墻結構 優(yōu)化設計

與其他結構相比，剪力墻結構在鋼材用量、剛度等方面的優(yōu)勢較為明顯。因此，這種結構逐漸成為高層建筑中的常見結構之一。結合高層建筑的實際施工經(jīng)驗可知，抗震剪力墻結構所需的成本相對較高。為了以較低的成本實現(xiàn)剪力墻結構抗震目的的，需要對這種結構進行合理設計。

1 剪力墻結構的特點

從整體角度來講，剪力墻結構的特點主要包含以下幾種：

1.1 延性差特點

高層建筑剪力墻結構的延性差特點是由配筋引發(fā)的。結合剪力墻結構的實際情況可知，構造配筋在剪力墻墻體中所占的比例相對較大。在這種情況下，較低的配筋率參數(shù)會弱化剪力墻結構的延性效果。這種問題對高層建筑剪力墻結構的優(yōu)化提出了較高的要求。

1.2 成本高特點

與高層建筑中的其他結構相比，剪力墻結構的抗側剛度參數(shù)相對較大。為了保證剪力墻結構的抗震效果，在實際的施工過程中，施工單位通常會通過加強高層建筑頂部施工的方式，避免高抗側剛度參數(shù)引發(fā)的不良影響。這種施工會引發(fā)工程成本的增加。

2 高層建筑剪力墻結構的優(yōu)化設計

高層建筑逐漸融入了我們高中生的日常生活中，如高層住宅、高層宿舍等。在這種情況下，為了解決剪力墻結構中存在的問題，需要利用以下幾種策略對高層建筑剪力墻進行優(yōu)化設計：

2.1 連梁設計優(yōu)化策略

就剪力墻結構中的連梁部分而言，其塑性調(diào)幅的優(yōu)化設計可以利用以下幾種方式實現(xiàn)：第一，對剪力墻結構連梁剪力及彎矩力的數(shù)據(jù)開展內(nèi)力計算。當該參數(shù)計算完成之后，計算其與折減系數(shù)的乘積，以此完成連梁塑性的調(diào)整。第二，將剪力墻結構連梁剛度作為基本處理對象，對該對象進行內(nèi)力計算。當計算完成后，對所得計算結果進行折減處理。除了上述優(yōu)化設計之外，為了防止剪力墻結構在小震狀態(tài)下出現(xiàn)裂縫問題，應該保證連梁的剪力、彎矩力等參數(shù)控制高于實際使用階段的相關數(shù)值。

2.2 構件含鋼量控制策略

構件是高層建筑剪力墻結構的基本組成要素。為了同時實現(xiàn)控制成本和產(chǎn)生抗震功能目的，在選用構件的過程中，應該在保證剪力墻結構抗震性能、滿足荷載要求的基礎上，盡量降低各個構件中的含鋼量。實驗表明，剪力墻結構板構件非受力縱向鋼筋及受力縱向鋼筋的最低含鋼量參數(shù)范圍都是0．35-0．6；柱構件箍筋及受力縱向鋼筋的最低含鋼量參數(shù)分別為0．812、0．5-1．5。

2.3 轉換層設計優(yōu)化策略

高層建筑剪力墻結構轉換層的優(yōu)化原理為：在高位轉換狀態(tài)下，高層建筑中質量參數(shù)與剛度參數(shù)較大的轉換層逐漸升高。為了解決不同位置在剛度與質量參數(shù)這兩個維度上的差距，可以適當降低轉換層上述兩種參數(shù)的大小。在這種狀態(tài)下，由高位轉換引發(fā)層間位移的均勻性水平會發(fā)生相應提升。

2.4 結構底部加強部位設計優(yōu)化策略

高層建筑剪力墻結構底部加強部位的優(yōu)化原理為：如果高層建筑中含有轉換層，則其加強部位高度的優(yōu)化可以通過墻肢高度參數(shù)的八分之一以及框支層、上部兩層高度之和的對比來完成。為了提升剪力墻結構的合理性，可以將對比結果中較大的數(shù)值作為加強部位的高度；如果高層建筑中并不包含轉換層，則可以將底部位置兩層高度與建筑嵌固部位上部墻肢高度的八分之一進行對比，從中選出一個較大的參數(shù)作為剪力墻結構底部加強部位的高度參數(shù)。

2.5 基于控制成本的剪力墻結構設計方案選擇策略

出于控制成本目的，可以將高層建筑的高度作為參考依據(jù)，完成剪力墻結構設計方案的合理選擇。如果高層建筑的高度大于二十，則應該利用現(xiàn)澆剪力墻結構作為高層建筑剪力墻結構的設計方案。與短肢剪力墻結構相比，現(xiàn)澆剪力墻結構的應用能夠有效滿足高層建筑頂部樓層對剪力墻結構的剛度要求。除此之外，在現(xiàn)澆剪力墻結構中，層間位移與頂點位移參數(shù)符合相關要求的標準。

如果高層建筑的層數(shù)少于二十層，則應該將短肢剪力墻結構作為建筑剪力墻結構的設計方案。與現(xiàn)澆剪力墻結構相比，這種結構的應用優(yōu)勢主要集中在以下幾方面：第一，剪力墻結構承載作用發(fā)揮方面?，F(xiàn)澆剪力墻結構的構造配筋、軸壓參數(shù)低等特點會從一定程度上影響高層建筑剪力墻結構承載作用的發(fā)揮。相比之下，短肢剪力墻結構的應用能夠充分滿足上部構件的承載要求。第二，水平地震剪力控制方面。這種結構的應用具有一定的控制水平地震剪力效果。因此，當?shù)卣饋砼R時，基于短肢剪力墻結構的高層建筑產(chǎn)生的損傷相對較少，居住者的居住安全能夠得到良好保障。

3 結論

為了提升高層建筑的抗震性能及控制建筑的成本，在實際的設計工作中，設計人員可以利用結構底部加強部位優(yōu)化設計、轉換層優(yōu)化設計、連梁優(yōu)化設計以及構件含鋼量控制等策略，對剪力墻結構進行合理優(yōu)化。

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