淺析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

谷凌飛

摘 要：在城市發(fā)展中，高樓大廈林立，成為重要的風景線。為了滿足人們對建筑工程質(zhì)量和應(yīng)用功能的具體需求，在建筑結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，能夠提升建筑墻體的應(yīng)用效率以及施工質(zhì)量，滿足現(xiàn)代化建筑行業(yè)在設(shè)具體發(fā)展過程中的實際需求。剪力墻結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用過程中，具有不錯的抗震能力，同時還具有用鋼量小等特點，因此得到了廣泛應(yīng)用，但是其在設(shè)計過程中存在對應(yīng)問題，因此，加強對該項內(nèi)容的探討是必要的。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

1 引言

近幾年來，隨著城市化進程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和應(yīng)用受到了建筑企業(yè)的高度重視，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災(zāi)害帶來的水平荷載。

2 剪力墻的內(nèi)涵

剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中常用的一種構(gòu)件，也被稱為抗風墻、抗震墻或結(jié)構(gòu)墻。剪力墻在建筑物中的科學應(yīng)用，主要用來承接風荷載或當發(fā)生地震時，承載水平荷載。依據(jù)剪力墻洞口大小、數(shù)量多少、排列措施等要素，可劃分為不同類型。一是整體墻，當門窗洞口面積的總和小于剪力墻面積的15%，且洞口邊長尺寸小于洞口之間凈距及孔洞和墻邊之間的凈距，則被稱為整體墻。二是框支剪力墻，若建筑低層對空間的需求量略大，利用框架結(jié)構(gòu)，承載上部剪力墻結(jié)構(gòu)。在地震高發(fā)區(qū)域，設(shè)計人員在制定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，不宜僅采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)。三是壁式框架，洞口尺寸偏大，連梁線剛度和墻肢線剛度相互貼近的墻體被稱為壁式框架。不同框架結(jié)構(gòu)適用于不同建筑要求，設(shè)計人員要結(jié)合實際情況及建筑施工要求，制定適宜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，以提升整體建筑工程質(zhì)量。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

3.1 雙向或多項布置

在進行剪力墻設(shè)計時，最好采取雙向或多項布置，在實際布置過程中，最好順著主軸方向，若建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻的方向存在差別，應(yīng)盡量連接在一起，避免出現(xiàn)拉通或?qū)χ鼻闆r，以免對建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成不良影響。在對剪力墻進行抗震設(shè)計時，應(yīng)當盡量減小側(cè)向剛度，其中最為重要得一項內(nèi)容就是要保證墻肢結(jié)構(gòu)簡單，同時要依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則，完成各項操作。在進行剪力墻設(shè)計過程中，需要設(shè)計人員特別注意的一項內(nèi)容是，在進行雙向或多項設(shè)計時，各項設(shè)計內(nèi)容都應(yīng)當沿著主軸方向進行，特別是在抗震設(shè)計時，不得出現(xiàn)單方向墻體，只有這樣才能確保剪力墻在建筑工程中的結(jié)構(gòu)能夠得到應(yīng)用。

3.2 上下對齊，成列布置

在設(shè)計剪力墻時，剪力墻的洞口以及門窗應(yīng)當保持上下對齊，同時在布置上應(yīng)當成列進行，并且在實際設(shè)計過程中，不得對疊合的錯墻洞進行應(yīng)用，進行這樣要求的主要原因是，避免剪力墻的承重力受到影響，導(dǎo)致墻體發(fā)生變形，影響墻體能。

4 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

以某高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計為例。此建筑為地上25層、地下2層的大空間商業(yè)住宅，建筑結(jié)構(gòu)采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)主體高度達到了85m，抗震設(shè)防烈度為7。在建筑底部設(shè)有加強區(qū)與非加強區(qū)，其中加強區(qū)域內(nèi)框支架抗震等級為3級，整體剪力墻抗震等級為4，而非加強區(qū)內(nèi)所設(shè)剪力墻抗震等級為5。建筑項目所在場地類別為Ⅱ類，且地基基礎(chǔ)設(shè)計為乙級別。

4.1 暗柱鋼筋配置

按照國家相關(guān)規(guī)定，在對一、二、三級剪力墻進行設(shè)計時，需要設(shè)置端柱與暗柱，以對地震波能量進行消耗，保證剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗震性能。設(shè)計人員要對剪力墻邊緣構(gòu)件抗拉能力進行合理運用，以對建筑穩(wěn)定性進行保證。例如本次建筑在進行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就因為對科學對暗柱鋼筋進行了設(shè)計與運用，使得建筑各方向荷載抵抗能力都得到了切實增強，建筑抗震能力得到了切實提升。

4.2 連梁部分設(shè)計

連梁超筋處理是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計重點，如果連梁出現(xiàn)剪切變形問題，就會對整體建筑堅固性與實用性產(chǎn)生直接影響，所以設(shè)計人員需要對該部分設(shè)計予以高度重視，要對連梁超筋問題進行合理設(shè)計。在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員一方面要明確，剪力墻最為重要的特點，就是具備一定的抗地震能力，所以在進行連梁彎矩與連梁剪力設(shè)計時，要對兩者可塑性與可調(diào)幅性進行保證；另一方面要在條件允許情況下，降低剪力墻連梁截面高度數(shù)值。

因為連梁具有提升剪力墻剛度以及連接墻肢的作用，所以設(shè)計人員要做好連梁剛度調(diào)整與計算工作，要適當對連梁剛度進行折減，以對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能進行保障。在對連梁折減進行計算時，設(shè)計人員要按照建筑綜合情況，做好折減值控制，一般建議應(yīng)將折減值控制在0.5以上，且應(yīng)保持在0.5～1.0的范圍之內(nèi)，以對其狀態(tài)進行保證。在實際進行調(diào)整時，很有可能會因為各方面因素的影響，而出現(xiàn)在對連梁剛度折減也無法調(diào)整到預(yù)期目標的情況，會造成剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能不達標的問題，此時設(shè)計人員可通過對適當減小連梁剛度以及降低連梁高度等方式，降低地震對于建筑物所造成的影響。

4.3 平面與結(jié)構(gòu)布置

4.3.1 平面布置

平面設(shè)置工作與剪力墻后設(shè)計規(guī)則性、承載力與剛度分布、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性等，都有著直接關(guān)聯(lián)，如果設(shè)計不當很容易會出現(xiàn)承載力與剛度部分不均以及結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等方面的問題，墻體會出現(xiàn)不同程度的彎曲與變形。所以設(shè)計人員要對該部分設(shè)計予以高度關(guān)注，要按照設(shè)計要求與剪力墻設(shè)計整體規(guī)劃，做好剪力墻平面布置工作，保證房屋結(jié)構(gòu)平面設(shè)計規(guī)則程度，確保整體布局合理性。此外還要對內(nèi)外墻體連接設(shè)計進行優(yōu)化，要對墻體截面規(guī)則性進行保證。

4.3.2 結(jié)構(gòu)布置

由于剪力墻需要對側(cè)向壓力程度進行維持，所以需要實施連續(xù)性的豎向布置工作，要通過設(shè)計洞口的方式，完成相應(yīng)布置工作，且在進行洞口布置時，要做好加固工作，以防出現(xiàn)墻體坍塌問題。

在剪力墻延中軸線進行雙向均勻分布過程中，其質(zhì)量中心與剛度中心會處于較近的距離，能夠起到對地震能量進行適當減小的目的，可以有效避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭曲問題。在進行具體格局布置過程中，要盡量避免使用“一”字型墻肢，應(yīng)加大對L型或者T型結(jié)構(gòu)的使用。因為剪力墻自身具備一定重量，所以設(shè)計人員應(yīng)對其重量展開合理控制，以對可用空間進行進一步拓展，確保結(jié)構(gòu)密度、剛度都能與相應(yīng)標準相符。此外，在進行剪力墻上部洞口設(shè)置時，可將其成列進行分布，以對連梁力量進行均衡分布，確保整體設(shè)計效果可以達到最優(yōu)。

4.4 抗震能力設(shè)計

高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計對抗震能力起著關(guān)鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強度比較大，完全可以抵制小型地震。①控制剪力墻結(jié)構(gòu)水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規(guī)定的位移限制值。②地震力的控制；當?shù)卣鹆^小的時候，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力和結(jié)構(gòu)位移值會出現(xiàn)滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對位移、內(nèi)力、配筋進行合理的設(shè)置才有意義，同時還要調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)底部的剪力系數(shù)，只有深入了解剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，才能全面提高高層建筑的實用性。

5 結(jié)語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑的應(yīng)用十分廣泛，但剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在實際設(shè)計中總是會受到許多不利因素的影響，促使剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑施工中會出現(xiàn)一些問題，所以相關(guān)工作人員要選擇一個最佳的剪力墻設(shè)計方案，在施工過程中加強管理力度，為提高高層建筑質(zhì)量和安全性提供了有力的保障。

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