高層建筑結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)本文首先分析了高層建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，筆者將結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高層民用建筑結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)原理，在建筑施工中都進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層建筑在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段十分重要，需要考慮水平荷載、軸向變形、建筑物的側(cè)移、結(jié)構(gòu)的延性等方面的因素。對(duì)于水平荷載需要注意兩個(gè)方面的因素，其一，對(duì)于一定高度樓房，豎向荷載基本上是定值，作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有大的幅度的變化。另外一方面，因?yàn)闃欠康淖灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，與樓房高度成正比，而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆力矩，及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比。對(duì)于高層建筑的軸向變形，主要考慮構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生較大的影響，與考慮構(gòu)件豎向變形相比較，會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。另外對(duì)于豎向荷載數(shù)值較大，能夠在柱中引起較大軸向變形，從而對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生較大影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大，還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生較大的影響，根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)于高層結(jié)構(gòu)還需要考慮建筑會(huì)出現(xiàn)的側(cè)移現(xiàn)象，因?yàn)殡S著樓房高度的不斷增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度內(nèi)。與較低的樓房不同的是，結(jié)構(gòu)側(cè)移已經(jīng)成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。所以還需要了解結(jié)構(gòu)的延性，為了使得建筑物牢固、可靠，具有很強(qiáng)的變形能力不會(huì)出現(xiàn)樓體倒塌等嚴(yán)重事故，就需要注意結(jié)構(gòu)的延性。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后依然具有比較強(qiáng)的變形能力這就必須在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧源_保建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力。相對(duì)較低的樓房，高樓結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形更大。

二、高層結(jié)構(gòu)的剪力墻結(jié)構(gòu)原理

現(xiàn)今的高層建筑，很多都是剪力墻構(gòu)造的。很多人只看到高層建筑物，但還不明白其構(gòu)造原理。那么什么是剪力墻呢？它有什么樣的結(jié)構(gòu)效能呢？一般建筑物中的豎向承重構(gòu)件都是由墻體承擔(dān)的，這種墻體既要承擔(dān)水平構(gòu)件傳來(lái)的豎向重力，還要承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來(lái)的水平方向的作用力。剪力墻由此而生，這種墻體除了最基本的能避風(fēng)避雨外，還能抗震。高層的剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，在設(shè)計(jì)墻體的時(shí)候，要考慮平面布置和結(jié)構(gòu)布置兩方面的因素，需要同時(shí)滿(mǎn)足這兩方面的要求。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系要求有很好的承載能力，并且要具有較好的整體性和空間性能，相對(duì)框架結(jié)構(gòu)而言，剪力墻要有較好的抗側(cè)能力，那么對(duì)于高層建筑就需要選用剪力墻結(jié)構(gòu)。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下側(cè)移小，但是其缺點(diǎn)是剪力墻的間距有一定限制，建筑平面布置不是很靈活，不適合要求大空間的公共建筑，另外結(jié)構(gòu)自重也較大，靈活性相對(duì)而言比較差，一般適用住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板，可以不設(shè)梁，所以空間利用比較好，可以節(jié)約一些高層建筑的成本。

剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過(guò)樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門(mén)窗洞口上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力?？梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡(jiǎn)單計(jì)算?？蚣芙Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的?？蚣艿膫?cè)移曲線(xiàn)是剪切型，曲線(xiàn)凹向原始位置；而剪力墻的側(cè)移曲線(xiàn)是彎曲型，曲線(xiàn)凸向原始位置。在框架-剪力墻（以下簡(jiǎn)稱(chēng)框-剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框-剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線(xiàn)既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡(jiǎn)稱(chēng)彎剪型。假設(shè)有向右的水平力作用與結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框-剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些，比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反?？蚣芎图袅υ诠餐袚?dān)外部荷載的同時(shí)，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用?？蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系，即為協(xié)同工作原理。

三、高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)實(shí)例分析

高層剪力墻要考慮建筑物的布置、配筋結(jié)構(gòu)、墻體鋼筋配置、邊緣構(gòu)件的設(shè)置和合理的配筋因素，這些都是高層建筑中需要認(rèn)真考慮的環(huán)節(jié)。對(duì)于高層建筑的剪力墻其布置要合理勻稱(chēng)，要求其整個(gè)建筑物的剛心和質(zhì)心重合，至少要趨于重合，并且其水平方向的兩個(gè)軸的剛重要比較接近。關(guān)于高層建筑中剪力墻的布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且水平方向兩個(gè)軸的兩向的剛重比的值是比較接近的。我們?cè)O(shè)置一棟高層建筑時(shí)候，其結(jié)構(gòu)布置必須要避免出現(xiàn)一字型的剪力墻，因?yàn)槟菢拥膲拐鹦Ч焕硐?，同時(shí)也注意不要出現(xiàn)短墻，短墻也不利抗震效果。應(yīng)該避免樓面的主梁平面外擱置在剪力墻上，如果無(wú)法避免則需要將剪力墻的適當(dāng)部位設(shè)置成暗柱，當(dāng)梁的高度大于墻體的厚度的2.5倍時(shí)，就必須計(jì)算暗柱的配筋參數(shù)，由于高層建筑物的轉(zhuǎn)角處應(yīng)力比較集中，如果可以的話(huà)兩個(gè)方向都要布置成長(zhǎng)墻，所以高層建筑物的轉(zhuǎn)角處的墻肢應(yīng)該盡可能的長(zhǎng)。

對(duì)于墻體的配筋，結(jié)構(gòu)要設(shè)置得合理才能控制剪力墻的配筋，這么做可以節(jié)約建筑成本，且安全耐用。高層建筑剪力墻的墻體配筋，一般要求水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)，這樣便于施工。同時(shí)其配筋要能滿(mǎn)足計(jì)算和規(guī)范建議的最小配筋率要求。對(duì)于剪力墻體的邊緣構(gòu)件，要求對(duì)于一、二、三級(jí)的抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對(duì)于普通的剪力墻，其暗柱配筋滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小配筋率，為了能保證質(zhì)量和安全，根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)建議對(duì)于加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)0.7%，而一般的部位應(yīng)該加強(qiáng)0.5%。但是，對(duì)于短肢的剪力墻，控制配筋率加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)1.2%，其一般部位應(yīng)該加強(qiáng)1.0%。特別注意，對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面

設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)1.2%，一般部位應(yīng)該加強(qiáng)1.0%；而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往就按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著建筑行業(yè)的大力發(fā)展以及人民生活追求的不斷提高，給建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，從而為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的難度。這種變化已經(jīng)給結(jié)構(gòu)師們對(duì)高層民用建筑的設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多新的課題和更高的挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體