藥帥

（太原王孝雄建筑設(shè)計院（有限公司），山西 太原 030000）

0 前言

目前我國的剪力墻主體結(jié)構(gòu)得以廣泛應(yīng)用于高層建筑項目，該結(jié)構(gòu)剛度性能與側(cè)翼性能較好，能夠增強(qiáng)建筑的抗震效果，滿足高層建筑對剛度、側(cè)移水平及穩(wěn)定性的要求。但是，由于剪力墻主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中受到多種因素的影響，設(shè)計仍然存在著不盡人意的問題，所以我們就需要針對性地采取一些有效的手段來優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，為其在高層建筑中的安全與穩(wěn)定性發(fā)展提供一個保障。

1 高層建筑剪力墻概況

1.1 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻是一種具有一定剛度和整體性的結(jié)構(gòu)，不但用鋼量較少，同時建成后不存在露柱露梁情況。同其他框架結(jié)構(gòu)相比，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計美觀和實用性效果都更佳，適合使用。所以在建筑中采用剪力墻的結(jié)構(gòu)給室內(nèi)設(shè)計和裝飾提供便利，有效增加了室內(nèi)的使用面積。剪力墻結(jié)構(gòu)的各個墻肢之間的軸壓較小，難以發(fā)揮其承載性能，由于構(gòu)造配筋的施工方法導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)伸縮性不好，都會給剪力墻的質(zhì)量帶來不利的影響。如今剪力墻已被廣泛地應(yīng)用于高層建筑中，屬于墻體結(jié)構(gòu)的一種，其構(gòu)成材料為鋼筋混凝土，在橫向與縱向承重板的交錯作用下產(chǎn)生承重性能。因為其結(jié)構(gòu)能夠有效保障高層建筑的穩(wěn)定性與抗側(cè)性，提高其剛度性能與抗震性能，并且剪力墻能夠?qū)⒊兄刂[藏于內(nèi)部，節(jié)約空間的同時滿足居民生活需要。

1.2 高層建筑剪力墻設(shè)計原則

在進(jìn)行高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)施工階段，還是根據(jù)需要來分析剪力墻體中鋼筋混凝土的應(yīng)力狀態(tài)。在對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，需要全方位分析墻體的伸延性，墻體伸延性對于剪力墻的結(jié)構(gòu)具有很大的影響，因此如果在設(shè)計時質(zhì)量上出現(xiàn)了問題，過高或者太薄，就可能會直接造成連梁的使用出現(xiàn)問題，進(jìn)而可能引發(fā)出現(xiàn)張拉、彎曲等問題，造成剪力墻結(jié)構(gòu)受損。因此，在實際的建筑設(shè)計中也就需要進(jìn)一步加強(qiáng)對建筑剪力墻安全防護(hù)性能的正確認(rèn)識和高度重視，避免發(fā)生彎曲問題。同時截面部分還需要設(shè)置一個孔，將墻體分為多個部分，形成連接墻，使剪力墻延性效果發(fā)揮作用。

1.3 高層建筑剪力墻分類

根據(jù)剪力墻的性質(zhì)，我們可以把它劃分為一系列的幾種形式：①實體墻，實體墻的強(qiáng)度和承受重物載荷的性能都比較高，同時還要有良好的耐腐蝕和抗彎韌性，通常墻體并沒有打開任何洞或者是存在很少的小尺寸孔；②小型開口剪力墻，多數(shù)的情況下，如果墻上一個開口的面積超過全部剪力墻15%，通過受力分析就能夠看出，本來在這個洞口作為一條直線分布的正應(yīng)力已經(jīng)移動到了洞口兩側(cè)，雖然這個洞口并沒有造成任何異常的問題，但是很有可能由于外力原因而導(dǎo)致反向彎曲。

2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

剪力墻的結(jié)構(gòu)布局原則上認(rèn)為是沿著主軸線的方向進(jìn)行雙向布局，對于高層建筑而言，就需要有效的做好其抗震設(shè)計，因此對于剪力墻在其進(jìn)行布置時，不能夠直接使用單向布置的方法，使剪力墻的空間變大，減少了結(jié)構(gòu)的重量，進(jìn)而有效提升其抗側(cè)剛度與承載性能。①需要在施工前對剪力墻的表層進(jìn)行簡易的規(guī)劃，保證所有開設(shè)的洞孔都是整齊，為后續(xù)形成梁提供便利，以防洞孔錯開、分布不平衡等情況，對結(jié)構(gòu)造成不利影響；②在具體設(shè)計階段，設(shè)計人員需要對建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，保證設(shè)計結(jié)構(gòu)符合墻體水平面內(nèi)剛度、承重性能等要求，基于位移、周期比等相關(guān)指標(biāo)，對墻體厚度加以明確。如果指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要繼續(xù)優(yōu)化，根據(jù)具體情況對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，確保其穩(wěn)定性以及高層建筑的整體安全性。對高層建筑工程造價來說，合理控制剪力墻配筋具有重要意義。分析了過往高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，多數(shù)情況下剪力墻的配筋均是根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最低配筋率來實現(xiàn)配筋構(gòu)造，因此我們需要有效控制剪力墻身鋼筋的厚度，進(jìn)而達(dá)到有效控制剪力墻身鋼筋使用量。在正式施工前選擇合理、優(yōu)質(zhì)的材料十分重要，主要在于鋼筋材料的選擇，需要對其進(jìn)行檢查，保證其質(zhì)量性能達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)場投入使用。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)配筋選擇時，需要注意確保配筋材料必須符合工程量測算及國家相關(guān)規(guī)范的要求，水平鋼筋一般需要配筋設(shè)置在外側(cè)，垂直鋼筋則需要配筋設(shè)置在內(nèi)側(cè)，根據(jù)其具體情況進(jìn)行展開最佳優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步降低成本；③對于高層剪力墻的結(jié)構(gòu)而言，連梁也是其非常重要的費用構(gòu)件，對于抗震設(shè)計而言至關(guān)重要，具有很好的消耗地震資源和能量。在高層建筑進(jìn)行折減費率計算的同時，設(shè)計師們也需要依照高層建筑的具體情況，對減少值進(jìn)行合理控制，通常情況下需要將其控制在0.5以上，并且在0.5～1.0這一范圍區(qū)間中，保證其最佳狀態(tài)。在具體進(jìn)行調(diào)整的過程中，因為剪力墻受到其他各種環(huán)境因素的干擾，導(dǎo)致連梁剛度的減少，也就是說無法達(dá)到所要求，因此即使得剪力墻的結(jié)構(gòu)承載抗震能力不合格，設(shè)計者們也可以適當(dāng)?shù)販p少連梁的剛度，降低了連梁高度，通過這種調(diào)整方法可以盡量減少由于大自然災(zāi)害而給建筑物帶來的影響。

2.2 碳纖維復(fù)合材料加固技術(shù)

為了保證其抗震、耐腐蝕等性能，剪力墻主體結(jié)構(gòu)必須具備足夠大的變形性和承受荷載的能力。在進(jìn)一步提高建筑剪力墻主體結(jié)構(gòu)抗震性能的同時，又必須始終保持主體墻的耐損耗能力，以滿足現(xiàn)代建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的特點。許多新型的加固工藝技術(shù)己經(jīng)被研究開發(fā)和進(jìn)行了對于鋼筋混凝土建筑外墻的加固，其中碳纖維復(fù)合材料的加固工藝技術(shù)因其自身的重量輕、施工方便、耐腐蝕性能好等優(yōu)點而最受歡迎。然而，大多數(shù)研究者研究了碳纖維復(fù)合材料纏繞技術(shù)在既有弱剪力墻抗震改造中的作用，在提高其抗震性能的過程中要在不影響墻體耗能能力的前提下，將碳纖維復(fù)合材料筋條粘接在兩面墻上，以提高其墻體抗震性能的強(qiáng)度。另外，在對剪力墻進(jìn)行施工設(shè)計時還要十分注意重視技術(shù)和管理工作，培養(yǎng)剪力墻施工設(shè)計過程中技術(shù)和管理者的專業(yè)技能。剪力墻施工過程的管理人員負(fù)責(zé)整個剪力墻施工的統(tǒng)籌管理，上至工期安排下至材料存放，要做到心中有數(shù)。但很多企業(yè)對于管理方面不是很重視，整個剪力墻施工完全是靠工作人員自主完成，沒有人對其進(jìn)行監(jiān)督管理。大部分施工人員對剪力墻施工的操作都很陌生，這時管理人員的出現(xiàn)就是必要的了，嚴(yán)格的管理制度是短肢剪力墻施工的有力保障，剪力墻施工管理工作從始至終貫穿施工工程，制備完善的剪力墻施工管理體系意義頗深。要制訂切實可行的管理辦法，合理分配施工人員，確保各司其職。到現(xiàn)場進(jìn)行實地考察，根據(jù)實際情況及時得出下一步的可行方案。另外，在開始正式施工之前，有必要對所有參與人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，確保每位工作人員都能理解剪力墻施工的具體環(huán)節(jié)，具備所需的專業(yè)技能。另外，還要進(jìn)一步優(yōu)化建筑的平面布置，平面的布置與其工作性能及剪力墻的承載剛度分布、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等有密切的關(guān)系，如果設(shè)計不合理就可能造成承載力和剛度的不符，或者結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等不良問題，墻體存在程度不一的彎曲和變形。因而設(shè)計師需要提高和加強(qiáng)對該部分建筑物的設(shè)計工作重視，根據(jù)建筑物的設(shè)計需求以及相應(yīng)的剪力墻總體設(shè)計方案，提高建筑物剪力墻在建筑物平面上的綜合布置技術(shù)水平，確保建筑物的綜合布置和建筑物平面上的設(shè)計規(guī)范性，保障綜合布置的科學(xué)和合理。除此之外，還需全面優(yōu)化內(nèi)外圍墻體的連接和設(shè)計，確保其橫向和縱向截面的規(guī)律。

2.3 科學(xué)制定剪力墻的數(shù)目

剪力墻的抗震性能隨著建筑層數(shù)的增加而呈下降趨勢，因此，在較高層建筑的施工過程中應(yīng)該盡量避免大面積剪力墻的應(yīng)用，引起建筑不必要的安全風(fēng)險。在剪力墻的應(yīng)用過程中，要根據(jù)實際情況合理安排剪力墻的數(shù)目，確保剪力墻應(yīng)用的科學(xué)合理，在提升建筑抗震性能的前提下保障用戶的安全。另外，在進(jìn)行剪力墻澆筑和施工的過程中，要嚴(yán)格根據(jù)有關(guān)國家規(guī)定和法律的要求執(zhí)行，按照國家相應(yīng)的技術(shù)和法律法規(guī)進(jìn)行澆筑和施工，在符合國家設(shè)計要求的前提下進(jìn)行剪力墻的施工。在實際進(jìn)行施工的過程中，剪力墻所設(shè)定的材料數(shù)目多少都需要經(jīng)過嚴(yán)格分析，墻肢的長度應(yīng)該是根據(jù)建筑物的尺寸來度量，盡量減少和降低剪力墻體通風(fēng)時具有高于建筑物剛性的強(qiáng)度，防止剪力墻體質(zhì)量和水平下降，抗震性能大大減弱，給施工建筑造成不必要的損失。在對短肢剪力墻的數(shù)量設(shè)定不合理的條件和情況下，即使在很短的時間內(nèi)對其沒有任何威脅，也可能會直接導(dǎo)致剪力墻體太過柔性，雖然它們能夠同時承受較大的側(cè)向力，但是橫向的承載力卻會有所降低，給施工工程留下很大的安全隱患。而且在高層建筑中對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計過程中，設(shè)計師們還需要根據(jù)建筑物在遭受強(qiáng)烈地震后所產(chǎn)生的樓層間位移、扭曲變形等與其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合計算，合理設(shè)計剪力墻的垂直、水平結(jié)構(gòu)件個數(shù)，禁止隨意改動構(gòu)件剛度，最大限度地防止由于樓層間與剪切而導(dǎo)致的變形。設(shè)計師在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，還需要對結(jié)構(gòu)是否合理進(jìn)行全面檢查。保證了剪力墻剛度合理，在符合建筑樓層層間的位移及層高比較的必要前提下，將最小剪力系數(shù)進(jìn)行作為比較，能夠有效保證所得的計算結(jié)果符合規(guī)范值。同時也需要全面分析剪力墻連梁是否合理、底部軸壓比等情況。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)今我國高層建筑中剪力墻主體結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用日益普遍，若是剪力墻主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計中存在一些問題，勢必會給建筑物的整體穩(wěn)定性以及其安全系統(tǒng)帶來一些影響。因此，必須及時采取有效的技術(shù)措施，全面優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。