謝鴻文

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州　510010）

芻議高層建筑錯層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

謝鴻文

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州510010）

當(dāng)高層建筑物越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中時，高層建筑物日益趨向多元化，同時人們對于高層建筑的空間要求和舒適性能要求也有了更嚴(yán)格的要求。為了使建筑設(shè)計(jì)更大程度的利用空間和創(chuàng)造更高的性能品質(zhì)，剪力錯層結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，并且深受廣大消費(fèi)者的青睞。然而錯層結(jié)構(gòu)會使得抗震性能有所降低，因此，設(shè)計(jì)和施工過程中要加以多方面考慮。本文針對錯層剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，僅供參考。

高層建筑；錯層剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，為了緩解人口、環(huán)境與土地的壓力，高層建筑已逐漸走進(jìn)家家戶戶，人們對于建筑物的要求也不斷提高，房地產(chǎn)企業(yè)越來越青睞錯層式建筑。但是對于錯層結(jié)構(gòu)的抗震能力卻需要進(jìn)一步的研究與改善，采用剪力錯層結(jié)構(gòu)，最大的優(yōu)勢是可以使得建筑物不僅空間上較為靈活多變，外型上也可以美觀大方，然而錯層剪力墻結(jié)構(gòu)也有其不可避免的缺陷，平面規(guī)則的錯層剪力墻結(jié)構(gòu)使剪力墻形成錯洞墻，造成結(jié)構(gòu)豎向剛度不規(guī)則，對結(jié)構(gòu)抗震較為不利。如果不能夠使得錯層中剪力墻結(jié)構(gòu)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，容易引起由于結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件受力過于集中致使其呈現(xiàn)出不規(guī)則現(xiàn)象，再加上不連續(xù)錯層布置使得錯層剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的嚴(yán)重的受拉問題，都將為是引起抗震能力薄弱的原因。對錯層剪力墻進(jìn)行分析，提出相關(guān)方案加強(qiáng)其抗震能力，從而將高層建筑錯層剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量提高。

1　高層建筑物錯層剪力墻結(jié)構(gòu)簡介

1.1高層建筑工程的概況

高層建筑是指10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高層民用建筑。雖然我國土地資源十分豐富，但是可供人類居住和適宜人類居住的卻很少，尤其是改革開放的30多年中，城市發(fā)展十分迅猛，城市可供住宅建設(shè)用地越來越稀缺。為解決這個問題，必須提高土地利用率，而最行之有效的措施就是將以往的橫向發(fā)展模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向發(fā)展模式，將土地資源的開發(fā)轉(zhuǎn)向土地上空的開發(fā)，通過逐漸增加房屋的高度來緩解生產(chǎn)發(fā)展過程中對土地需求的絕對依賴。換言之，高層建筑物的出現(xiàn)就是為了緩和社會發(fā)展需要同土地資源之間的矛盾，滿足人口日益增長的需要。

1.2錯層剪力墻結(jié)構(gòu)含義

對于高層建筑物而言，由于樓層越高風(fēng)力越大，風(fēng)力大就會對建筑物產(chǎn)生更大的水平推動力，再加上高層要接受來自于地球本身垂直方向的地心引力，大大加大了整體樓層的豎向荷載，使得高層就像是一根緊繃的彈簧，產(chǎn)生的危險可想而知。因此，高層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全性逐漸引起了廣泛的關(guān)注。剪力墻也叫做防風(fēng)墻、防震墻，其主要構(gòu)成是鋼筋和混凝土，需要滿足承擔(dān)各種荷載內(nèi)力組合的能力，內(nèi)力包括豎向力和水平力，主要來源于自身的恒活載和外界的地震力、風(fēng)力等。剪力墻的自由組合使建筑結(jié)構(gòu)形成一個防御性的墻板體系，其組成的體系能過很好達(dá)到高層建筑需要的各種受力要求。錯層是指雖然在一個分戶單元內(nèi)，但是各個樓層高度卻有著很大的高差，并且高度不在同一水平面內(nèi)（如圖1），錯層通常屬于縱向空間結(jié)構(gòu)變化的設(shè)計(jì)，它能使我們的居住空間變得更多元化，從而提高建筑的使用品質(zhì)，滿足更多的居住生活的要求。因此剪力墻以及錯層分別對建筑物起著不同的作用和貢獻(xiàn)，從而使得高層建筑錯層剪力墻結(jié)構(gòu)有了可實(shí)施的基礎(chǔ)和市場需求的基礎(chǔ)。

圖1　高層建筑物錯層剪力墻結(jié)構(gòu)

1.3錯層剪力墻結(jié)構(gòu)種類

從應(yīng)用方面劃分，錯層結(jié)構(gòu)主要分為以下三類：混合型、包含型以及交叉型。①混合型錯層結(jié)構(gòu)：混合型錯層結(jié)構(gòu)是既包括交叉型同時也包括包含型兩種錯層結(jié)構(gòu)。根據(jù)住宅布局將錯層結(jié)構(gòu)分為：前后錯層（橫向錯層）、左右錯層（縱向錯層）以及雙錯層三類。②包含型錯層結(jié)構(gòu)：包含主要指的是建筑錯層部位相鄰的兩層的包含關(guān)系，主要在豎向上的包含關(guān)系，即錯層墻結(jié)構(gòu)形式。③交叉型錯層結(jié)構(gòu)：交叉主要指得是在建筑錯層上，相鄰的兩層在豎向上呈現(xiàn)交叉關(guān)系，即錯層梁共用墻結(jié)構(gòu)形式。

1.4錯層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

錯層結(jié)構(gòu)因其可以減小建筑空間，使得建筑可以錯落有致而廣泛應(yīng)用于建筑中，是一種常見的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造模式，但是對于抗震具有一定的風(fēng)險。主要的受力特點(diǎn)包括以下兩個方面：①由于參差不齊的層次，使得在建筑過程中樓板會形成起伏不平的兩層或者多層結(jié)構(gòu)，兩樓層之間雖然相鄰但是各自受力松散，使得各樓層之間會相互形成壓力。因此錯層結(jié)構(gòu)與一般的平層建筑相比，由于整個高層建筑受力比較大，因此使得墻體因壓力變形，不易控制；②由于錯層處框架結(jié)構(gòu)分散，容易形成短柱或短墻，造成多處應(yīng)力集中的現(xiàn)象，再加上梁柱容易在受到突如其來的外力時候被破壞，如地震的襲擊時，因此需要相應(yīng)防范措施。

2　錯層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工組織

2.1錯層剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中需注意的問題

根據(jù)近幾年的工程統(tǒng)計(jì)，越來越多高層建筑采用錯層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，值得注意的是，錯層剪力墻結(jié)構(gòu)具有其自身的劣勢，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時要將一切可能遇到的問題考慮全面再進(jìn)行施工。①錯層結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)盡量規(guī)則、側(cè)向剛度宜相近，以減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和薄弱部位。錯層結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較多的應(yīng)力集中現(xiàn)象，也容易形成長短柱的交替出現(xiàn)，對錯層處豎向構(gòu)件的抗剪極為不利，因此對錯層處構(gòu)件的截面尺寸、構(gòu)件的最小配筋率、構(gòu)件的技術(shù)措施等要有比普通受力構(gòu)件更嚴(yán)格的要求，如抗震設(shè)計(jì)時錯層處的剪力墻厚不應(yīng)小于250mm，并設(shè)置平面外的墻肢或者扶壁柱、抗震設(shè)計(jì)時豎向和水平分布筋配筋率不小于0.5%、錯層處剪力墻抗震等級提高一級等。②通常，平面樓板會因?yàn)殄e層結(jié)構(gòu)引起層次不齊，不能只是簡單地進(jìn)行平均化計(jì)算樓板剛度，還要考慮到有錯層狹長板帶以及洞口中樓板剛度受力情況，因此計(jì)算分析的模型應(yīng)能反應(yīng)錯層的實(shí)際受力情況，錯開的樓層不應(yīng)歸并為一個剛性樓板。③視工程情況，采取一定的加強(qiáng)防范措施。a.對錯層位置允許的位置，可采用增加加斜向板或加腋的形式防范（如圖2）；b.可以加大板厚，作為水平力傳遞的一道有效工藝；c.錯層處的框架柱可采用型鋼混凝土柱，剪力墻也可設(shè)置型鋼，改善抗震性能等。

圖2　

2.2錯層剪力墻結(jié)構(gòu)在施工中需注意的問題

在施工準(zhǔn)備階段，針對錯層的樓層必須制定合理的施工計(jì)劃，如錯層施工層的劃分等。施工材料準(zhǔn)備時一定要根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的施工圖紙進(jìn)行施工備料，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)錯層的原因，錯層結(jié)構(gòu)中同一施工層的剪力墻鋼筋長度是不同的，而普通平層結(jié)構(gòu)的剪力墻鋼筋基本為相同，施工備料過程中必須注意，避免搭接部位的混亂。在搭設(shè)腳手架和模板時，應(yīng)注意錯層處的腳手架高度和模板的劃割，同時又能方便施工。簡言之，施工前，需針對錯層剪力墻結(jié)構(gòu)與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的不同預(yù)先進(jìn)行考慮，制定方便可靠的方案進(jìn)行施工。

2.3施工完成后成品保護(hù)

針對錯層結(jié)構(gòu)，在施工過程中，要保證混凝土分層澆筑。要注意天氣、溫度的變化，選擇合適的氣候條件進(jìn)行模板拆除，錯層處的關(guān)鍵部位盡可能延遲拆模，在拆除之前不能隨意的提前松動對拉螺栓。施工完成后的一般拆除原則是：先安裝的設(shè)備最后拆除，后安裝的設(shè)備最先拆除。首先將穿墻螺栓收縮斜撐拆除，保證混凝土和墻模脫離。當(dāng)仍存在小部分粘結(jié)時，可用撬棍輕輕敲擊使其脫落。當(dāng)模板起吊時候，要注意好墻體和模板的距離，以防變形的發(fā)生。

3　對高層建筑錯層剪力墻結(jié)構(gòu)的施工要求

與相同情況下的普通剪力墻結(jié)構(gòu)相比較而言，錯層剪力墻需要注意。①錯層處的剪力墻和柱均為應(yīng)力集中的關(guān)鍵部位，熟讀設(shè)計(jì)交底，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的抗震等級進(jìn)行鋼筋的綁扎和搭接；②在建筑物的建筑過程中，要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在防護(hù)措施上加大力度，確保建筑工程達(dá)到抗震性能要求；③根據(jù)樓板的受力進(jìn)行綜合考慮，并找出相應(yīng)的解決措施；④設(shè)計(jì)人員對高層建筑錯層剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為避免地震時高層建筑物出現(xiàn)開裂問題，建筑過程中要注意錯層結(jié)構(gòu)中樓板的受拉影響。如果建筑專業(yè)允許，保證建筑中錯層剪力墻結(jié)構(gòu)較大平面要實(shí)行斷縫處理，最大限度的降低工程中的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，控制好結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)位移比與扭轉(zhuǎn)周期比。

4　結(jié)束語

隨著高層的興起，建筑物越來越高，隨之而來的安全問題也越來越得到了關(guān)注。只有居住環(huán)境的安全性得到保證，才能更好的保障市民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。在高層建筑物的防震測試設(shè)計(jì)時，因地制宜是首先要考慮的因素，制定安全可靠地施工計(jì)劃從而綜合統(tǒng)籌規(guī)劃。剪力墻錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工過程較為復(fù)雜，但是必須保證從設(shè)計(jì)到施工的各個環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)謹(jǐn)對待。一般來說，錯層結(jié)構(gòu)會使得高層建筑物樓板不連續(xù)、豎向剛度不規(guī)則等諸多復(fù)雜問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗震防風(fēng)的性能降低許多，因此，采取有效的補(bǔ)強(qiáng)措施是設(shè)計(jì)中必不可少的。無論設(shè)計(jì)也好，施工也好，應(yīng)該對高層建筑錯層剪力墻結(jié)構(gòu)予以重視。

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