趙偉

摘 要：本文針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念分析，總結(jié)出剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路，列出了剪力墻結(jié)構(gòu)的一般經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的品質(zhì)，降低工程造價(jià)，達(dá)到技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：高層剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的建筑行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。但是，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，我國高層建筑的發(fā)展速度也越來越快。高層建筑通常采用剪力墻結(jié)構(gòu)，那么如何才能保證高層剪力墻結(jié)構(gòu)在安全的前提下，不斷實(shí)現(xiàn)高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提高其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)和建筑行業(yè)的熱點(diǎn)話題。

2 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(dān)地震、風(fēng)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(shí)也是建筑的分隔墻和圍護(hù)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(duì)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(qiáng)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)。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算原則

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理，下面是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中須重點(diǎn)關(guān)注的幾種技術(shù)指標(biāo)的調(diào)整原則的淺析，若有不對(duì)之處，請(qǐng)廣大同行指正。

3.1 樓層最小剪力系數(shù)（剪重比）的調(diào)整原則

在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近規(guī)范限值（不小于限值）。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時(shí)降低工程造價(jià)。

3.2 樓層層間位移角的調(diào)整原則

規(guī)范規(guī)定多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層最大的彈性層間位移在計(jì)算時(shí)，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形。由此可見，對(duì)于一般的高層建筑，重點(diǎn)是樓層間的剪切變形及扭轉(zhuǎn)變形。剪切變形的控制是以豎向構(gòu)件的多少來決定的，但豎向構(gòu)件足夠多（剪重比偏大）而布置不合理，則會(huì)造成扭轉(zhuǎn)變形過大，同樣不能滿足層間位移的要求。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 工程概況

本文以某高層建筑為例，該高層建筑總共 16 層，還有兩層地下室，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：地下層及首層的剪力墻厚度為 250 mm，二層以及二層以上的外墻為 200 mm，內(nèi)墻為180 mm。原設(shè)計(jì)方案中，其剪力墻結(jié)構(gòu)在 X 方向的最大層間位移角為 1/2376，Y 方向的最大位移角為1/1623.通過對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，剪力墻結(jié)構(gòu)在 X 方向的最大層間位移角降低至 1/1901，Y 方向的最大位移角降低至 1/1417，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)性。具體剪力墻結(jié)構(gòu)如圖1。

4.2 高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.2.1 高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)思路

高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案多種多樣，在選擇高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案時(shí)，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(shí)，通常采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。

4.2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(duì)較多，并且土壓力和水壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力相對(duì)較大，根據(jù)不同的計(jì)算模型來分析鋼筋放置位置，配筋滿足規(guī)范建議以及相應(yīng)工程計(jì)算的最小配筋率即可。剪力墻的墻肢截面高度必須比墻厚度8倍稍微大一點(diǎn)，這樣才符合一般剪力墻的規(guī)格。同時(shí)剪力墻設(shè)置盡量選擇“L、T”形，當(dāng)一個(gè)方向的墻符合一般剪力墻要求時(shí)，另一個(gè)方向的墻肢不宜過短，較小的墻肢常常會(huì)出現(xiàn)較大的配筋，一般宜控制在1m左右，使墻端暗柱配筋接近構(gòu)造配筋為宜。這種根據(jù)高層建筑實(shí)際狀況的剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠顯著地降低墻體配筋用量，降低工程成本。

4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)

《高規(guī)》7.1.3條規(guī)定：跨高比不小于5的連梁宜按框架梁設(shè)計(jì)。，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(huì)造成工程成本的浪費(fèi)。使連梁跨高比變成超過 6 的框架梁，能夠顯著降低混凝土以及鋼筋的用量，降低工程成本。

4.4 層間位移角和最大位移的優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，在計(jì)算多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層最大的彈性層間位移時(shí)，除了以彎曲變形為主的高層建筑之外，通常不扣除結(jié)構(gòu)整體彎矩變形，并計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形。因此，對(duì)于高層建筑來說，重點(diǎn)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。

4.5 樓層最小剪力系數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩小于 40%的條件下，應(yīng)該盡量減少剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使樓層最小剪力系數(shù)接近于規(guī)范限制。

5 結(jié)束語

總之，當(dāng)高層剪力墻的設(shè)計(jì)存在缺陷時(shí)，將會(huì)嚴(yán)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，建筑單位十分重視高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過分析高層建筑的實(shí)際狀況，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)定對(duì)高層剪力結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠顯著地提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)和整個(gè)建筑的穩(wěn)定性，還能夠顯著地降低工程成本，對(duì)促進(jìn)我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展具有非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀海斌，朱學(xué)文.高層剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻抗側(cè)剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2011（9）：58～61.