高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘要：剪力墻這種墻體結(jié)構(gòu)已經(jīng)走進(jìn)了人們的生活，本文就如何進(jìn)行高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，詳細(xì)的探討了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施以及防范，從而整體優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，使優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)的目的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻 結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì) 優(yōu)化 </p><p>　

2、　中圖分類號(hào)： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　前言：在經(jīng)濟(jì)社會(huì)飛速發(fā)展的今天，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注居住空間，對(duì)它的要求也越來(lái)越高。60年代出現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)，以其剛度大，能有效地減少側(cè)移，且具有較好的抗震性能的有點(diǎn)，受到建筑業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。 </p><p>　　1. 剪力墻的相關(guān)介紹。 </p><p>　　1.1剪力墻的概念。剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝

3、土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。它由空間結(jié)構(gòu)是由一系列縱向、橫向剪力墻及梁、板等組成，縱向、橫向剪力墻剛度都很大，側(cè)移小，所以它的抗震及抗風(fēng)性能都較強(qiáng)，比較適合高大的建筑物。因此，在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)，而且要改進(jìn)其工程費(fèi)用較高的缺點(diǎn)，降低高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的造價(jià)和材料消耗量。剪力墻的優(yōu)點(diǎn)有很多，例

4、如：墻肢長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于厚度、平面內(nèi)剛度大，承載力強(qiáng)、平面外剛度小，承載力弱等。另外，室內(nèi)較框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，沒(méi)有露梁、露柱現(xiàn)象，外形美觀，便于室內(nèi)布置。但它也存在一些缺點(diǎn)：剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，會(huì)引起較大的地震反應(yīng)，使得上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)費(fèi)用增加；混凝土墻體比較重而且應(yīng)用較多，不僅造成浪費(fèi)，還容易引起較大的地震反應(yīng)；剪力墻墻體中軸壓低，墻肢承載力發(fā)揮不足；剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體多為構(gòu)造配筋，結(jié)構(gòu)延性較差。 </p><p>　　1

5、.2剪力墻的分類及設(shè)計(jì)原則。剪力墻的分類：整截面墻、整體小開(kāi)洞墻、聯(lián)肢墻等幾類。下面就簡(jiǎn)單介紹一下這幾種剪力墻。整截面墻，就是墻面上不開(kāi)洞或開(kāi)很小的洞，受力性能類似整體的懸臂構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將豎向鋼筋分布在墻肢兩端。整體小開(kāi)洞墻，它的受力性能也可按整體懸臂構(gòu)件考慮，這種墻體對(duì)墻肢的局部彎矩要求很高。聯(lián)肢墻，這種墻的各墻體由連梁連接墻肢單獨(dú)作用明顯，連梁中部出現(xiàn)反彎點(diǎn)。剪力墻的設(shè)計(jì)原則：它的設(shè)計(jì)中要滿足位移限值和充分發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)中各抗側(cè)

6、力構(gòu)件的作用，做到安全、經(jīng)濟(jì)合理的雙重要求。在剪力墻的設(shè)計(jì)中要考慮數(shù)量要求，在滿足在基本振型地震作用下，應(yīng)盡量減少它的數(shù)量。還應(yīng)該按照規(guī)范設(shè)計(jì)剪力墻框架部分的承載剪力。在地震作用或風(fēng)載作用下，除了要滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求。 </p><p>　　2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施。 </p><p>　　2.1結(jié)構(gòu)布置合理化。結(jié)構(gòu)的布置對(duì)建筑物的抗震性能

7、有巨大的影響，它既要考慮結(jié)構(gòu)安全性又要考慮經(jīng)濟(jì)的條件。在平面布置上，要力求建筑物形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，這樣可以是剛度和承載力分布均，以減少扭矩的影響。除此之外，還要考慮到風(fēng)壓的作用，盡量減少風(fēng)壓，利于抵抗水平作用和豎向荷載，直接、明確的傳接力。在豎直布置上，應(yīng)該盡量保證體型規(guī)則、均勻，不要有較大的外挑和內(nèi)收，避免產(chǎn)生側(cè)向剛度和承載力突變。剪力墻結(jié)構(gòu)要求底部空間大，底層或底層若干層剪力墻不落地，為此，要增加其他落地墻的截面尺寸，并提高此樓

8、層的混凝土等級(jí)，以減少剛度變化。 </p><p>　　2.2注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在建筑物的功能要求多樣化，一棟大樓很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，這時(shí)需要進(jìn)行多種轉(zhuǎn)換，還要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件，以傳遞內(nèi)力。由于高位轉(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，這要求轉(zhuǎn)換層剛度、質(zhì)量適中，可通過(guò)水平層力作用來(lái)檢查層間位移角的均勻性。選擇轉(zhuǎn)換層形式時(shí)，最好選用重量小剛

9、度小的材料。在設(shè)計(jì)時(shí)，還要進(jìn)行大量的計(jì)算，通過(guò)計(jì)算我們就會(huì)知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通過(guò)內(nèi)力分配特點(diǎn)的具體研究，改善薄弱部位的設(shè)計(jì)性能，最后進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，來(lái)改善薄弱部位性能。 </p><p>　　2.3控制結(jié)構(gòu)參數(shù)。在工程設(shè)計(jì)中主要涉及以下幾個(gè)主要參數(shù)：位移比、側(cè)向剛度比、周期比、剛重比、層間位移角。先說(shuō)說(shuō)位移比，它是指樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與本樓層平均值的比值，是一種扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。按照規(guī)范

10、，它應(yīng)該是針對(duì)剛性樓板假定的，需要考慮偶然偏心影響的地震作用。再說(shuō)說(shuō)側(cè)向剛度，它是為了控制結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性。主要對(duì)某樓層抗側(cè)剛度與其上一層、相鄰三層的關(guān)聯(lián)敘述，還有對(duì)于結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力的要求。關(guān)于周期比，它的作用主要是為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減少扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。其關(guān)鍵就是限制結(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的比。剛重比，這項(xiàng)數(shù)據(jù)是控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生滑移和傾覆。最后說(shuō)說(shuō)層間位移角，它是

11、指按彈性方法計(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比。主要控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，適宜的結(jié)構(gòu)剛度不至于使地震力增大，也是考慮到經(jīng)濟(jì)性。 </p><p>　　2.4優(yōu)化連梁和底部設(shè)計(jì)。在連梁設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)連梁進(jìn)行塑性調(diào)幅，這樣可以有效地降低剪力。塑性調(diào)幅的放方法主要有兩種：第一種，計(jì)算內(nèi)力前，把連梁剛度進(jìn)行折減；第二種，內(nèi)力計(jì)算后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。這兩種方法都要求連梁調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于使用狀況

12、的值，最好也不要低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，連梁鉸接的地方也要格外留意。剪力墻底部設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，一般在設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/8和底部?jī)蓪痈叨榷叩妮^大值，加強(qiáng)部位可以取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。這樣設(shè)計(jì)比較合理，而且對(duì)地震有很好的抵制作用。 </p><p>　　2.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算與配筋。在整體計(jì)算完成后，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)

13、件的截面優(yōu)化、內(nèi)力和配筋計(jì)算。對(duì)于剪力墻墻身，其中存在豎向及水平向分布鋼筋，需要通過(guò)計(jì)算來(lái)確定用量。還要驗(yàn)算正截面抗彎承載力及斜截面抗剪承載力，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮水平筋與豎向筋，豎向分布筋抵抗彎矩，而水平分布筋抵抗剪力。對(duì)于邊緣構(gòu)件，它能有效地提高墻體的延性和抗剪能力。邊緣構(gòu)件分為兩類，即約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件，這是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)形式和受力狀況比較復(fù)雜。對(duì)于連梁，它需要和墻體協(xié)同工作，增強(qiáng)剪力墻的剛度和強(qiáng)度，正常載荷作用下，連梁有聯(lián)系墻肢

14、、且增大剪力墻剛度的作用。連梁跨度較小，梁端容易出現(xiàn)裂縫，為此，可以進(jìn)行剛度折減，但折減后仍然可能出現(xiàn)正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力不夠的情況，可采取的辦法就是減小連梁的高度或增加剪力墻的厚度及提高混凝土的等級(jí)。 </p><p>　　結(jié)語(yǔ)：在實(shí)際進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體工程的特點(diǎn)，進(jìn)行正確的計(jì)算分析，合理設(shè)計(jì)剪力墻，保證剪力墻的安全性。熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，設(shè)計(jì)出兼顧安全與經(jīng)濟(jì)實(shí)用的

15、優(yōu)秀作品。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]嚴(yán)斌.建筑施工剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探析[J].城市建設(shè)理論研究，2011（ 5）：37-38. </p><p>　　[2]李松.中高層住宅中的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006. </p><p>