淺論高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 引言
隨著科技的進(jìn)步以及建筑業(yè)的日益發(fā)展，對(duì)于民用建筑的要求也在日益提升，但是建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保證質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的一個(gè)要求，尤其是建筑結(jié)構(gòu)安全性能以及抵抗自然界比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害情況。這就要求注重高層建筑中的建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的要求。作為高層民用建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)疑成為人們對(duì)于高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重視的一個(gè)方面，下文就高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。
1 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)
高層民用建筑物要受到垂直和水平兩個(gè)方向的力量，所以在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中所需要考慮的穩(wěn)定因素，不僅僅是水平與垂直兩個(gè)方向的力量，還要考慮抵抗自然界中由于地球板塊摩擦而產(chǎn)生自然原因的震動(dòng)，但是由于低層建筑中水平方向的力量能夠產(chǎn)生的變形以及整體位置移動(dòng)的情況可能比較小，所以一般設(shè)計(jì)中不會(huì)加以考慮，但是在高層民用建筑中，就是要應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)抗可能將高層建筑整體穩(wěn)定性造成損害的力量，因?yàn)榧袅Σ粌H能夠承載比較強(qiáng)的水平以及豎直方向的力量，還能加大樓體的穩(wěn)固性能，在震動(dòng)的情況下，也不容易發(fā)生變形，同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)槭钦w承擔(dān)重力，不需要借助于其他結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)力量，所以不容易變形，也不會(huì)有外在結(jié)構(gòu)暴露，對(duì)于房間整體的外觀(guān)，不僅具有美觀(guān)性，也利于后期的美觀(guān)裝修設(shè)計(jì)。在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為整體彎曲變形，底部外圍的小墻肢承由于豎向荷載較大，破壞嚴(yán)重，特別是一字形小墻肢的破壞最為嚴(yán)重?？稍黾咏ㄖ镏苓厜χL(zhǎng)度或連梁高度來(lái)消除扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，從而使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度明顯增大。為了提高墻肢的承載力和延性，還需加強(qiáng)邊緣構(gòu)件配筋，增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，嚴(yán)格控制軸壓比。
2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化
2.1 剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，最合適的就是要沿著一個(gè)方向設(shè)計(jì)，這樣的分部形式可以形成一個(gè)比較整潔的結(jié)構(gòu)范圍，但是，如果僅是在一個(gè)單一方向布置剪力墻，對(duì)于抵抗地震等自然情況是非常危險(xiǎn)的，所以必須要保證同時(shí)有兩個(gè)方向可以受力，這樣不僅增加了穩(wěn)定性能，也可以在地震中減少傾斜等情況的發(fā)生，達(dá)到最好的工作狀況，剪力墻不僅擁有比較強(qiáng)的重力承載功能，在一定范圍內(nèi)也具有抵抗傾斜的強(qiáng)度，減輕建筑里其他結(jié)構(gòu)的重力分部，要在合理利用資源的情況下，布置合理。
2.2 在剪力墻上面設(shè)計(jì)門(mén)窗等能夠形成缺損的情況，要注意的是分部保證是有上下排列順序的，有秩序的成列排列，避免分部亂而無(wú)序，避免有錯(cuò)誤建洞，以及重復(fù)建立錯(cuò)誤洞口的情況發(fā)生，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循穩(wěn)定安全的原則，注意剛度的分配。尤其要注意豎直方向重力分配要均勻合理。
2.3 在剪力墻上的空洞位置選擇上，一定要具有計(jì)劃性，可以根據(jù)數(shù)量將墻體劃分于不同段落之中，再進(jìn)行平均分配，保證每?jī)蓚€(gè)洞之間的距離是一定的，而在不同墻體之間還是要采用建筑材料進(jìn)行相互之間連接，所有獨(dú)立墻面要控制好水平高度與截面高度之間的比例，避免墻面受到作用力的破壞，尤其需要針對(duì)可能受到的地震危害，設(shè)計(jì)時(shí)候更應(yīng)該設(shè)計(jì)好剪力墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并針對(duì)于不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。
2.4 剪力墻作為高層民用建筑中主要承重結(jié)構(gòu)，不僅要求具有在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上能夠應(yīng)對(duì)于較大的壓力作用，并且要具有不易變形的特點(diǎn)。
2.5 對(duì)于剪力墻的結(jié)構(gòu)在空間上要與側(cè)面力量的形成有很大的影響，所以應(yīng)該遵循先從下面開(kāi)始依次向上，不能有間斷，尤其需要考慮的是建筑材料方面所能形成強(qiáng)度思維級(jí)別，所以剪力墻水平高度上的建筑應(yīng)該是具有不能中斷的特點(diǎn)，這樣是在地震來(lái)臨時(shí)候最具有有效穩(wěn)定性的保護(hù)措施。
2.6 在對(duì)于剪力墻體結(jié)構(gòu)有建筑意向時(shí)，應(yīng)該提前進(jìn)行關(guān)于高層建筑整體方面的分析，在對(duì)于符合建筑各項(xiàng)數(shù)值的前提下，對(duì)于建筑的安全性能進(jìn)行全方面的考慮，這樣對(duì)于剪力墻建筑的綜合分析后，開(kāi)始就對(duì)于剪力墻有設(shè)計(jì)計(jì)劃。
3 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的優(yōu)化
3.1 樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。在滿(mǎn)足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過(guò)40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開(kāi)間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近（不小于）規(guī)范限值。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時(shí)降低工程造價(jià)。
3.2 剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固。在剪力墻中有一個(gè)部分是由邊緣構(gòu)件來(lái)組成的，這個(gè)部分不同于一般的結(jié)構(gòu)之間連接，因?yàn)樽鳛榧袅ι淼囊徊糠?，他們之間的連接就可以成為同類(lèi)構(gòu)件之間的相互連接，而剪力墻在水平方向用來(lái)抵抗地震震蕩作用的配件是分布筋，在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)對(duì)于地震所采用的結(jié)構(gòu)都可以具有相對(duì)較好的能量消耗和保持穩(wěn)定性原則。
3.3 連梁的配筋。在剪力墻與剪力墻之間的連接結(jié)構(gòu)的梁柱子是一個(gè)耗費(fèi)能量的結(jié)構(gòu)，由于這種中間結(jié)構(gòu)能夠把剪力墻抗震能力有所消耗，會(huì)使整個(gè)高層結(jié)構(gòu)都會(huì)構(gòu)造成不穩(wěn)定性的威脅，所以在設(shè)計(jì)方面就要考慮這些方面的內(nèi)容，成為設(shè)計(jì)時(shí)候所需要綜合考慮力量因素。
連梁截面的抗剪計(jì)算，對(duì)于跨高比大于2.5的連梁，其剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)ηvb：一級(jí)取1.3，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1。剪力墻連梁的截面尚應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：
跨高比大于2.5時(shí)：v≤（0.2βcfcbbhbc）/rRE
跨高比不大于2.5時(shí)：v≤（0.15βcfcbbhbc）/rRE
3.4 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調(diào)整原則。震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在震中破壞嚴(yán)重。在設(shè)計(jì)時(shí)，要保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的計(jì)算應(yīng)考慮偶然偏心的影響；在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿周邊布置，以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抗扭剛度。
3.5 計(jì)算結(jié)果的分析、判斷。應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)不規(guī)則和復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體內(nèi)力和位移分析，確定其可靠、合理之后，才可在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用。
4 總結(jié)
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷需求，建筑業(yè)也隨著科技的發(fā)展而產(chǎn)生了巨大的變化，建筑形式上也由多層逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔拥慕ㄖY(jié)構(gòu)，這不僅是對(duì)于現(xiàn)代建筑業(yè)的建筑技術(shù)方面以及建筑結(jié)構(gòu)方面的又一個(gè)建筑新篇章。在關(guān)于高層民用建筑的穩(wěn)定性，以及是否能夠應(yīng)對(duì)地震方面，采取結(jié)構(gòu)上的抗擊地震所采取的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的措施，一直是居民和建筑設(shè)計(jì)者所重點(diǎn)關(guān)心的問(wèn)題。而剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中理念以及在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中采用的優(yōu)化結(jié)構(gòu)措施，還有關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)于剪力墻設(shè)計(jì)計(jì)算方面的優(yōu)化都在本文中逐一進(jìn)行了介紹，結(jié)合本文通篇內(nèi)容關(guān)于高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的深化論述，我們可以了解到剪力墻的設(shè)計(jì)以及施工中的各個(gè)階段的狀況。