晉偉偉

上海都市建筑設(shè)計(jì)有限公司江蘇分公司 江蘇南京 210000

1 高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為了保障建筑物的穩(wěn)定、安全，設(shè)計(jì)者會(huì)及時(shí)引入剪力墻結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的保護(hù)墻、承重墻相比，剪力墻的基本工作要點(diǎn)在于“抵抗水平載荷”。在結(jié)構(gòu)上，剪力墻的平面面積較大，速度較小，相關(guān)測(cè)試表明，其能夠在較短的時(shí)間內(nèi)將所承受的單位能量轉(zhuǎn)移到各個(gè)位置，在保障自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)，能夠大幅提升抗震性。

在高層建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為了保留較大的空間范圍，一般需要減少剪力墻的結(jié)構(gòu)布置，并降低兩個(gè)不同方向的剛度數(shù)值的差值。在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其基本結(jié)構(gòu)布置遵循“受力分布均勻”的原則，可在一定程度上降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。需要注意的是，在不同的高層建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，剪力墻所發(fā)揮的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能并不唯一，如果用戶產(chǎn)生了拓寬空間、提升縱向空間占比等要求，設(shè)計(jì)者可對(duì)墻體肢長(zhǎng)和連梁高度進(jìn)行調(diào)整，避免剪力墻出現(xiàn)側(cè)剛度過(guò)大的問(wèn)題；對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)側(cè)剛度過(guò)大問(wèn)題的剪力墻，其內(nèi)部的白振周期已經(jīng)受到影響，高層建筑的穩(wěn)定性也隨之變動(dòng)，這時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)及時(shí)利用剪力墻抗側(cè)強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，提升剪力墻在縱橫方向上的承載能力，避免因墻體厚度小于梁體高度而產(chǎn)生的彎矩現(xiàn)象[1]。

1.2 剪力墻的配筋設(shè)計(jì)

為了提升高層建筑的抗震性，一般需要對(duì)剪力墻進(jìn)行加厚處理，在設(shè)計(jì)原則上，應(yīng)考慮到剪力墻的綜合抗震性能。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)環(huán)境，應(yīng)采取不同的設(shè)計(jì)方法：在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，部分業(yè)主會(huì)要求保留高層建筑的開(kāi)闊視野，不設(shè)置外縱墻，對(duì)于這種情況，應(yīng)及時(shí)采用概念設(shè)計(jì)，控制好墻體軸線，確保墻體的受力結(jié)構(gòu)滿足墻體的基礎(chǔ)截面條件；為了保障高層建筑的穩(wěn)定性，剪力墻結(jié)構(gòu)中可及時(shí)增加暗柱，分擔(dān)隱性抗力；在墻體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一定要保障剪力墻配筋的合理分布，其豎向和水平分布筋的配筋率不得小于0．25%，這種設(shè)計(jì)方法能夠最大程度的保障高層建筑的穩(wěn)定性，但對(duì)于低矮墻體并不適用，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求靈活布筋并合理控制配筋數(shù)量，根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性酌情修改配筋方案。

1.3 邊緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在已經(jīng)開(kāi)展的建筑實(shí)驗(yàn)中，部分實(shí)驗(yàn)證明剪力墻結(jié)構(gòu)的延性并不好，為了提升剪力墻的應(yīng)用價(jià)值，可將普通剪力墻設(shè)置為工字型、槽型剪力墻，通過(guò)概念邊緣設(shè)計(jì)方案提升剪力墻的延展性。對(duì)于無(wú)法改變剪力墻結(jié)構(gòu)的，可利用邊緣構(gòu)件提升剪力墻的應(yīng)用價(jià)值，在提升其延展性能的同時(shí)防止其出現(xiàn)水平方向的剪切滑動(dòng)。在高層建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，墻體的抗剪力能力主要體現(xiàn)在端柱、翼墻柱等位置，設(shè)計(jì)者可加強(qiáng)對(duì)以上部位的剪力分布管理提升剪力墻的抗震性與穩(wěn)定性。

2 剪力墻在高層建筑中的布局特點(diǎn)

2.1 剪力墻的應(yīng)用特點(diǎn)

現(xiàn)代高層建筑的廣泛應(yīng)用向剪力墻的布置工作提出了新的要求，如圖所示，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)選擇不同的剪力墻配置方案。相關(guān)建筑法規(guī)表明，對(duì)一級(jí)、二級(jí)及三級(jí)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要搭配暗柱與端柱，從而促使剪力墻能夠在大量消耗地震波的能量，保持高層建筑的穩(wěn)定性；此外，剪力墻的邊緣構(gòu)件具有極強(qiáng)的抗拉能力，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由鋼筋混凝土組成的剪力墻能夠承擔(dān)一定的水平地震作用力和來(lái)自各個(gè)方向的載荷力[2]。

在對(duì)剪力墻進(jìn)行布局設(shè)計(jì)的過(guò)程中，剪力墻的墻體分布位置一定要達(dá)到建筑本身的減震要求，設(shè)計(jì)者除了需要考慮建筑在豎向方向上的承載構(gòu)建的布置外，還要考慮建筑物本身的對(duì)稱性，如圖所示，依靠剪力墻與建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理搭配，抵抗非正常的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

圖1 剪力墻的墻體分布

2.2 剪力墻的布局特點(diǎn)

根據(jù)不同的高層建筑設(shè)計(jì)要求，應(yīng)選定不同的剪力墻配置方案——在實(shí)際施工活動(dòng)中，剪力墻的布局設(shè)置應(yīng)該遵循“均勻、對(duì)稱、分散、周邊”的布置原則，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將剪力墻均勻的分布在建筑物周圍、樓電梯間，對(duì)于伸縮縫、沉降縫等位置一般不宜設(shè)置剪力墻；當(dāng)橫向或縱向無(wú)法設(shè)置剪力墻時(shí)，應(yīng)及時(shí)引入壁式框架或壁式支撐等抗側(cè)力構(gòu)建，保障剪力墻的基本抗震性能；在施工操作環(huán)節(jié)，剪力墻的布置應(yīng)遵循均勻分布、單片墻體剛度接近的布置原則，單段剪力墻的長(zhǎng)度應(yīng)小于8m；對(duì)于房屋縱長(zhǎng)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的戶型，設(shè)計(jì)者應(yīng)避免集中在房屋兩端布置縱向剪力墻，對(duì)于豎井、樓梯間等連續(xù)樓層開(kāi)洞位置，為了保持建筑整體的穩(wěn)定性，可在洞邊設(shè)置剪力墻，并使其與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合，最大程度的保留抗側(cè)力性能[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

在高層建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響到建筑質(zhì)量，為了引導(dǎo)建筑行業(yè)健康發(fā)展，在建筑要求不斷提高情況下，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面掌控，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為立足點(diǎn)，在使高層建筑滿足基本的使用要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)安全與質(zhì)量的同步管控，使高層建筑的結(jié)構(gòu)、外形能夠滿足客戶的基本要求，確保建筑設(shè)計(jì)的效益最大化。