淺談高建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談高建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】本文分析了高層建筑建筑的分類和剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的重要性，并著重介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)布置原則，并對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算分析中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　前言：剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指利用建筑物墻體作為建

2、筑的豎向承重體系，并用它抵抗水平力的結(jié)構(gòu)體系。在受力方面，因?yàn)榧袅Φ膭偠却螅菀诐M足小震作用下結(jié)構(gòu)尤其是高層結(jié)構(gòu)的位移限值。在地震作用下，其變形小，破壞程度低，可以設(shè)計(jì)成延性剪力墻，大震時(shí)通過連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內(nèi)的塑性變形耗散地震能量。這種體系在高層住宅、公寓和旅館建筑中廣泛應(yīng)用。所以有必要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以滿足安全、經(jīng)濟(jì)、合理的要求。 </p><p>　　一、 高層建筑結(jié)構(gòu)的分類 </

3、p><p>　　高層建筑按照其使用材料的不同，可分為砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)四類。 </p><p><b>　　1. 砌體結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　砌體材料是一種脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度都比較低、抗震能力差等特點(diǎn)，于是高層建筑中很少采用這種無筋砌體結(jié)構(gòu)。若在砌體中配上鋼筋，就可改善砌體的受力性能，這樣就

4、能在地震區(qū)或非地震區(qū)的中高層建筑中得到應(yīng)用。 </p><p><b>　　2. 混凝土結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)具有取材方便、良好的耐火性和耐久性、較大的承載能力，良好的剛度、節(jié)約鋼材、造價(jià)低、良好的可模性以及可澆筑形狀復(fù)雜的截面等優(yōu)點(diǎn)，而且經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆整體式混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性。由于可對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)靈活布置，組成不同類型的受力結(jié)構(gòu)體系

5、，因此廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高層建筑中。尤其是高層建筑中以混凝土結(jié)構(gòu)為主的我國(guó)以及一些發(fā)展中國(guó)家。 </p><p><b>　　3. 鋼結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)以材料強(qiáng)度高、截面小、自重輕、良好的塑性和韌性、制造工藝簡(jiǎn)單、施工周期短、良好的抗震性等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑中也有廣泛應(yīng)用。近些年，隨著鋼產(chǎn)量的大幅度提高和高層建筑高度的不斷增加，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的高層建筑

6、也越來越多。尤其是那些地基條件差或抗震要求高而又較高的高層建筑，就特別合適采用此結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　4. 鋼―混凝土結(jié)構(gòu) </p><p>　　鋼―混凝土結(jié)構(gòu)以其鋼結(jié)構(gòu)自重輕、截面小、施工快、抗震好等優(yōu)點(diǎn)以及兼有混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、防火性能好以及造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為高層建筑結(jié)構(gòu)中較好的結(jié)構(gòu)形式，在我國(guó)得到迅速發(fā)展。該結(jié)構(gòu)是將鋼材放置在構(gòu)件內(nèi)部，在構(gòu)件的外部由鋼筋混凝土做成或在鋼管

7、里填充混凝土，然后做成外包構(gòu)件。 </p><p>　　二、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) </p><p>　　1.對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其應(yīng)沿著主軸方向雙向或多向布置。不同方向的剪力墻宜聯(lián)結(jié)在一起，應(yīng)盡量拉通、對(duì)直成為工形、T 形、L 型等有翼緣的墻，形成一定空間結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，為了使其具有有較好的空間性能，不能單向設(shè)置剪力墻。應(yīng)使兩個(gè)受力方向的抗側(cè)剛度相近，剪力墻墻肢截面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則。為了能充分

8、利用剪力墻結(jié)構(gòu)的能力，在設(shè)計(jì)時(shí)必須減輕墻體結(jié)構(gòu)的自量、加大空間面積、提高剪力墻的承載力和抗側(cè)剛度等。除此之外，剪力墻的布置不能太密，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。若側(cè)向剛度過大，不僅加大自重，還會(huì)使地震力增大。 </p><p>　　2.剪力墻墻段的要求是需要保持墻體規(guī)則、簡(jiǎn)單，豎向剛度均勻，門窗孔洞需整齊布置、上下對(duì)齊，形成一個(gè)明確的剪力墻肢和連梁。剪力墻肢和連梁的應(yīng)力要分布均勻有規(guī)則，也必須符合目前常用的設(shè)計(jì)計(jì)算

9、簡(jiǎn)圖。避免剪力墻墻肢上的孔洞剛度差異大。 </p><p>　　3.如果剪力墻較長(zhǎng)，應(yīng)先將其平均分成多個(gè)墻體，開挖孔洞，各剪力墻之間的鏈接部分采用弱連梁連接的方法。但值得注意的是，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免開挖孔洞，并且在兩個(gè)孔洞之間形成墻體肢截面高度與厚度比小于 4 的小墻肢。當(dāng)墻厚大于小墻肢截面的 1/4 時(shí)，需按框架柱設(shè)計(jì)要求對(duì)箍筋進(jìn)行全高加密。 </p><p>　　4.當(dāng)剪力墻

10、結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的剛度和承重力較大，而平面外剛度和承載力相對(duì)較小。為了保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性，就應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩。 </p><p>　　5.剪力墻的設(shè)置能夠影響到結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的大小，為避免剛度發(fā)生改變，應(yīng)自下而上連續(xù)布置。為了避免墻體剛度發(fā)生突變，可沿其高度適當(dāng)?shù)臏p少墻體的厚度、降低混凝土強(qiáng)度或者減少一些墻肢等，以使得墻體的側(cè)向剛度隨著高度的降低而逐漸減少。 </p><p>　　

11、6.對(duì)于剪力墻的設(shè)計(jì)，為確定個(gè)剪力墻的厚度，必須滿足軸壓比、位移比、周期比、抗震等級(jí)以及層間位移等各個(gè)構(gòu)造要求，剪力墻高度與厚度比見表 1（注：H 為層高或剪力墻無支長(zhǎng)度的較小值）。 </p><p>　　如果剪力墻高度與厚度之比不能滿足上表時(shí)，可按照《高規(guī)》中附錄 D 中的方式計(jì)算。 </p><p>　　三、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算 </p><p>　　在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)

12、設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)《高規(guī)》或《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等有關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)布置要合理，比如剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中它的剛度不能過大。同時(shí)在滿足樓層最大層間位移和層高之比的基礎(chǔ)上，確定樓層最小剪力系數(shù)，使計(jì)算出的數(shù)值最接近規(guī)范設(shè)定值。 </p><p>　　控制好高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的自振周期T1之間比值，其A級(jí)不能>0.9。在考慮偶然偏心對(duì)地震作用影響下，樓層間位移和樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移不能超過

13、該樓層的平均值的 6/5，也不能高于該樓層平均值的 3/2。此外，還應(yīng)檢測(cè)剪力墻連梁是否在規(guī)定限制范圍內(nèi)、剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)的軸壓之比是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。 </p><p>　　1. 調(diào)整樓層最小剪力系數(shù)的原則 </p><p>　　短肢剪力墻承受力應(yīng)滿足的條件是，在地震傾覆力矩的第一振動(dòng)模式為不超過 40%的前提下，盡量減少剪力墻的設(shè)置數(shù)量，以有較大的空間的剪力墻布局為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有

14、適當(dāng)?shù)膫?cè)向剛度，最大限度地減少樓層最小剪力系數(shù)，使其接近（或不小于）規(guī)格限制。以減輕重量，減小地震作用的輸入，降低工程造價(jià)。 </p><p>　　2. 調(diào)整層高和樓層最大位移比的原則 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少扭曲變形。在增加熟悉構(gòu)件剛度時(shí)要綜合考慮，不能只考慮層間位移。而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有些設(shè)計(jì)者當(dāng)看到層間位移比不能滿足設(shè)計(jì)要

15、求時(shí)，就急于增加構(gòu)件的側(cè)向剛度，但沒有注意到這時(shí)結(jié)構(gòu)的剪重比。若接近規(guī)范限制數(shù)值時(shí)可行，反之不可行。在剪重比較大的情況下，應(yīng)減小相應(yīng)側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，減少地震作用，也可達(dá)到較好的效果。 </p><p>　　3. 結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度和抗扭剛度的調(diào)整原則 </p><p>　?。?）保證結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性，為了減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，必須充分考慮偶然偏心力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 <

16、/p><p>　　（2）結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)自震周期與平動(dòng)自震周期比的調(diào)整原則。 </p><p>　　根據(jù)眾多地震災(zāi)害房屋受損情況研究表明，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平面不規(guī)則、抗扭曲力弱等房屋破壞最為嚴(yán)重。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證建筑的有較強(qiáng)的抗扭曲能力，保證建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿建筑周邊布置，這樣即可以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，同時(shí)又能夠較大幅度的提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。若在結(jié)構(gòu)

17、的形心附近加大豎向構(gòu)件剛度，則對(duì)側(cè)向剛度的貢獻(xiàn)大而對(duì)結(jié)構(gòu)整體的抗扭剛度貢獻(xiàn)甚微。 </p><p><b>　　四、 結(jié)語 </b></p><p>　　目前在高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈多樣化的趨勢(shì)，掌握合理的、安全的設(shè)計(jì)方法是需要我們靈活運(yùn)用概念設(shè)計(jì)再結(jié)合實(shí)際需要把握剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)效果，做到既體現(xiàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性又保證了設(shè)計(jì)的安全性。 </p>