朱柏洋 湖南省長沙市同升湖國際實(shí)驗(yàn)學(xué)校

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

朱柏洋 湖南省長沙市同升湖國際實(shí)驗(yàn)學(xué)校

作為建筑中的重要組成部分，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)對(duì)建筑使用壽命、性能等產(chǎn)生相應(yīng)影響。通過對(duì)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(jié)構(gòu)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(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本文從剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)入手，對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究。

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

與其他結(jié)構(gòu)相比，剪力墻結(jié)構(gòu)在鋼材用量、剛度等方面的優(yōu)勢(shì)較為明顯。因此，這種結(jié)構(gòu)逐漸成為高層建筑中的常見結(jié)構(gòu)之一。結(jié)合高層建筑的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)可知，抗震剪力墻結(jié)構(gòu)所需的成本相對(duì)較高。為了以較低的成本實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)抗震目的的，需要對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

從整體角度來講，剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要包含以下幾種：

1.1 延性差特點(diǎn)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的延性差特點(diǎn)是由配筋引發(fā)的。結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況可知，構(gòu)造配筋在剪力墻墻體中所占的比例相對(duì)較大。在這種情況下，較低的配筋率參數(shù)會(huì)弱化剪力墻結(jié)構(gòu)的延性效果。這種問題對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提出了較高的要求。

1.2 成本高特點(diǎn)

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

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

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(jié)構(gòu)中存在的問題，需要利用以下幾種策略對(duì)高層建筑剪力墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：

2.1 連梁設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

就剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁部分而言，其塑性調(diào)幅的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以利用以下幾種方式實(shí)現(xiàn)：第一，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)連梁剪力及彎矩力的數(shù)據(jù)開展內(nèi)力計(jì)算。當(dāng)該參數(shù)計(jì)算完成之后，計(jì)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(jié)構(gòu)連梁剛度作為基本處理對(duì)象，對(duì)該對(duì)象進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。當(dāng)計(jì)算完成后，對(duì)所得計(jì)算結(jié)果進(jìn)行折減處理。除了上述優(yōu)化設(shè)計(jì)之外，為了防止剪力墻結(jié)構(gòu)在小震狀態(tài)下出現(xiàn)裂縫問題，應(yīng)該保證連梁的剪力、彎矩力等參數(shù)控制高于實(shí)際使用階段的相關(guān)數(shù)值。

2.2 構(gòu)件含鋼量控制策略

構(gòu)件是高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的基本組成要素。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制成本和產(chǎn)生抗震功能目的，在選用構(gòu)件的過程中，應(yīng)該在保證剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能、滿足荷載要求的基礎(chǔ)上，盡量降低各個(gè)構(gòu)件中的含鋼量。實(shí)驗(yàn)表明，剪力墻結(jié)構(gòu)板構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

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

2.4 結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的優(yōu)化原理為：如果高層建筑中含有轉(zhuǎn)換層，則其加強(qiáng)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?jī)蓪痈叨戎偷膶?duì)比來完成。為了提升剪力墻結(jié)構(gòu)的合理性，可以將對(duì)比結(jié)果中較大的數(shù)值作為加強(qiáng)部位的高度；如果高層建筑中并不包含轉(zhuǎn)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(jìn)行對(duì)比，從中選出一個(gè)較大的參數(shù)作為剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度參數(shù)。

2.5 基于控制成本的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理選擇。如果高層建筑的高度大于二十，則應(yīng)該利用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠有效滿足高層建筑頂部樓層對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度要求。除此之外，在現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)中，層間位移與頂點(diǎn)位移參數(shù)符合相關(guān)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

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

3 結(jié)論

為了提升高層建筑的抗震性能及控制建筑的成本，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員可以利用結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位優(yōu)化設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)換層優(yōu)化設(shè)計(jì)、連梁優(yōu)化設(shè)計(jì)以及構(gòu)件含鋼量控制等策略，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化。

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