高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

李柳

摘 要：在我國現(xiàn)階段的城市中，高層建筑越來越多，在建筑工程中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來越廣泛。近幾年，我國城市得到了飛速發(fā)展，建筑工程也不斷向高層方向發(fā)展，在建筑工程設(shè)計(jì)過程中，為了滿足在抗震方面的需求，出現(xiàn)了許多新結(jié)構(gòu)形式，剪力墻結(jié)構(gòu)是其中最為常見的一種，并且也得到了廣泛應(yīng)用。在高層建筑中對(duì)鋼筋混凝土剪力強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用，能夠提高墻體的抗震性，并且能夠避免建筑工程室內(nèi)出現(xiàn)梁柱，確保了建筑工程的美觀性，以及應(yīng)用的方便性。由此可見，加強(qiáng)高層建筑混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析意義重大。

關(guān)鍵詞：高層建筑 鋼筋混凝土 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近幾年，隨著土地資源的日益緊缺，我國的土地政策和購房政策的持續(xù)性調(diào)整和優(yōu)化，促使我國房地產(chǎn)商不斷地拔高樓房的建設(shè)，高層建筑住宅的容積率相對(duì)較高，已在我國成為一個(gè)普遍的趨勢。目前，從現(xiàn)有的技術(shù)而言，相對(duì)實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的住宅要數(shù)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)了，其也是當(dāng)前我國高層建筑中使用最多的一種結(jié)構(gòu)體系。雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較大的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，但是開發(fā)商為了進(jìn)一步的減少工程造價(jià)，降低住宅成本，會(huì)要求在設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)住宅鋼筋和混凝土的用量進(jìn)行限制，這種限制在合理范圍內(nèi)并不會(huì)導(dǎo)致房屋質(zhì)量的下降，這就要求設(shè)計(jì)公司在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，以提升房屋結(jié)構(gòu)的安全性和使用功能的經(jīng)濟(jì)合理性。

一、多層住宅優(yōu)勢和存在的問題

在過去的十幾年中，多層住宅主要以磚混結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)，其優(yōu)勢在于施工的便捷性、建筑材料容易獲得;其次，工程造價(jià)低，對(duì)于房屋建筑的維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)低廉;住宅的戶型、朝向和通風(fēng)都相對(duì)較為完善，較適合我國南北方居民的居住習(xí)慣;住宅相對(duì)較低，利于居民到戶外運(yùn)動(dòng)。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)生活水平要求的不斷提高，資源也在日益的匱乏，盡管低層的磚混結(jié)構(gòu)仍然具有一定的發(fā)展優(yōu)勢，但因其存在的問題也引起了人們的關(guān)注，如占地大，對(duì)于土地資源匱乏的今天，矛盾顯得尤為突出，幾十年來，我國城市住宅多以磚混為主，從節(jié)地角度來說，它以平面化的模式為主。

多層住宅的節(jié)約用地也僅僅體現(xiàn)在降低高層、加大進(jìn)深、東西向布置、縮短間距等手段進(jìn)行。另外，對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)的房屋，使用了大量的粘土磚，造成了土地資源的浪費(fèi)同時(shí)污染了周圍的環(huán)境。由于技術(shù)限制，以前的磚混結(jié)構(gòu)采用的粘土磚87%以上均為實(shí)心磚。據(jù)了解，我國的制磚企業(yè)有10萬余家，每年要燒制的磚頭相當(dāng)于100萬畝土地。每年生產(chǎn)的實(shí)心粘土標(biāo)準(zhǔn)磚頭將近6千億塊，需要耗能6千萬噸煤，占了我國全年能耗比的5%左右。而對(duì)于發(fā)達(dá)的國家，如美國、日本等，只有2%左右;磚混結(jié)構(gòu)另一個(gè)缺點(diǎn)就是其節(jié)能性較差和適居性問題，尤其是對(duì)于老年住宅用戶而言，5樓和6樓上樓不方便，特別是對(duì)老、弱、病、殘等人士尤其困難。根據(jù)對(duì)小區(qū)用戶的調(diào)查，大多數(shù)居民不愿意住在5樓和6樓。

二、 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)、劣勢

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系選型十分重要，直接影響到結(jié)構(gòu)安全性、抗震性能、造價(jià)以及后期的使用功能。我國現(xiàn)代民用高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)常見的有以下幾種：框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)。

本高層住宅樓項(xiàng)目采用的是剪力墻結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)在高層住宅中的應(yīng)用之分普遍，與住宅的墻體多、面積不大的特點(diǎn)相適應(yīng)，相應(yīng)的此種結(jié)構(gòu)往往不適宜公共建筑[1]。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系有其優(yōu)勢、也有其劣勢，具體歸納如下：

①優(yōu)勢：承重墻、分隔墻連成整體，經(jīng)濟(jì)性良好，尤其在高層賓館、住宅等十分適用;簡潔、寬敞，用戶可根據(jù)實(shí)際需求改造，使用功能較好;抵抗水平荷載能力強(qiáng)，側(cè)移小;結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，可吸收更多的地震能量，安全性高。②劣勢：抗側(cè)移剛度大，因此某些情況下易引發(fā)強(qiáng)烈地震反應(yīng)，威脅結(jié)構(gòu)安全;結(jié)構(gòu)延性較差，由于采用的是構(gòu)造配筋，配筋率不高，雖然結(jié)構(gòu)較為靈活，但是延性卻受到了影響。

三、高層住宅鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）鋼筋混凝土剪力墻特點(diǎn)分析。所謂鋼筋混凝土剪力墻，就是指通過用鋼筋混凝土的墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁和柱，達(dá)到房屋建筑中不同構(gòu)件所產(chǎn)生的負(fù)荷，是一種能夠很好的控制水平力的結(jié)構(gòu)。對(duì)于鋼筋混凝土剪力墻的特點(diǎn)而言，主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：（1）具有較好的抗側(cè)力能力;（2）側(cè)向的剛度大，在水平負(fù)荷下發(fā)生偏移的概率非常小，在剪力墻結(jié)構(gòu)下住宅的空間特性也體現(xiàn)的非常的簡單和寬敞;（3）由于剪力墻比框架結(jié)構(gòu)的自重要大，因此對(duì)于地震的反應(yīng)也相對(duì)較大;（4）剪力墻的施工條件比框架結(jié)構(gòu)要更加的麻煩，工程造價(jià)也相對(duì)較高。雖然剪力墻的結(jié)構(gòu)也存在著許多的不足，但對(duì)比發(fā)現(xiàn)，剪力墻的利要大于弊，使其更多的運(yùn)用在住宅建筑中。

（二）高層住宅鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。在高層剪力墻住宅建筑標(biāo)準(zhǔn)中，剪力墻自身的鋼筋量約占到了總鋼量的45-65%左右，剪力墻周邊結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的用鋼量占到了30-50%，以上數(shù)據(jù)根據(jù)調(diào)查，采用的是抗震強(qiáng)度為7度的剪力墻結(jié)構(gòu);剪力墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的好壞直接關(guān)系到住宅的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同樣關(guān)系到居民住宅的安全性。因此在高層住宅剪力墻設(shè)計(jì)中應(yīng)該概括為以下幾個(gè)方面：1）盡可能的對(duì)剪力墻的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，減少剪力墻的數(shù)量;2）在對(duì)不同墻肢設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡可能的減少邊緣構(gòu)件的數(shù)量;3）通過優(yōu)化，采用較少的抗測壓構(gòu)件達(dá)到較為滿意的效果。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化原則

在建筑尤其是高層建筑住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，剪力墻是必不可少的部分，該種結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、施工操作方便簡單等優(yōu)勢。從剪力墻本身結(jié)構(gòu)來看，其剛度相對(duì)較大，小震范圍內(nèi)可保持一定的彈性;如果震作用相對(duì)較大，則連梁耗能以后就會(huì)有效吸收地震剪力，然后屈服，在塑性鉸的作用下使其協(xié)調(diào)變形，從而降低剪力墻結(jié)構(gòu)剛度，地震作用也因此而減小。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中剛度較大時(shí)，地震抵抗能力就會(huì)越強(qiáng)。在實(shí)踐中可以看到，剪力墻無限增加，雖然可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，但是也會(huì)增加自身的質(zhì)量，進(jìn)而使地震作用擴(kuò)大化。在這種情況下，建筑工程項(xiàng)目施工建設(shè)費(fèi)用和成本就會(huì)大幅度提升。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性與剛度關(guān)系的處理是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

具體而言，在結(jié)構(gòu)墻建設(shè)以及布設(shè)過程中，平面上的各個(gè)方向應(yīng)當(dāng)保持均勻，而且豎向上的構(gòu)件切忌中斷;查看剪力墻結(jié)構(gòu)試算結(jié)果，使結(jié)構(gòu)的位移角接近規(guī)范限制，充分發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)向剛度;核查計(jì)算結(jié)果，應(yīng)當(dāng)能夠有效滿足周期要求以及規(guī)范位移要求，其核查底部的剪力值應(yīng)當(dāng)處在合理范圍之內(nèi)。上述操作的主要目的在于達(dá)到結(jié)構(gòu)剛度合適、工程造價(jià)合理的目的。

五、結(jié)束語

近幾年，我國建筑行業(yè)得到了快速發(fā)展，其也不斷向高層方向發(fā)展，在此背景下，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也變得更加廣泛。在高層建筑建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)將剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，從而使建筑的抗震性和安全性。在高層建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)方案的合理性與可行性，同時(shí)也達(dá)到節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的效果，最終促進(jìn)建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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