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探析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施
摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的主要結(jié)構(gòu)形式，已被廣泛應(yīng)用。本文從剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概況入手，結(jié)合設(shè)計實踐經(jīng)驗對剪力墻的結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)計措施進行闡述與分析，并指出了在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu);高層建筑;結(jié)構(gòu)優(yōu)化
1、剪力墻結(jié)構(gòu)特點分析
剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑中常采用的一種結(jié)構(gòu)形式，其截面剛度大而厚度較小，剪力墻結(jié)構(gòu)具有承載力大、平面剛度大等優(yōu)點。其特點是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置，缺點是剪切變形相對較大、平面外較為薄弱。
為了抵抗各個方向的水平力，剪力墻宜沿主軸方向布置。對于一般的矩形、L形、T形等平面宜沿兩個主軸方向布置;對三角形、Y形平面宜沿三個軸線方向布置;對于正多邊形、圓形及弧形平面可沿徑向和環(huán)向布置。同時應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置方式，并宜使兩個方向抗側(cè)剛度相近。
剪力墻結(jié)構(gòu)剛度很大，但剛度大小歷來爭議較多，通過歷次震害表明，剛度較大的結(jié)構(gòu)一般震害較輕，可是結(jié)構(gòu)剛度不能無限增大，因為一般情況下，建筑物剛度越大，工程造價越高，這里有個“度”的問題，對于高層建筑，控制這個度主要有兩個因素，一個是控制結(jié)構(gòu)的水平位移，應(yīng)使結(jié)構(gòu)水平位移滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3—20l0中有關(guān)結(jié)構(gòu)水平位移的限值，另一個是控制地震力，因為在地震力計算值偏小的情況下，有時也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)頂點位移滿足要求、構(gòu)件為構(gòu)造配筋的安全假象，所以只有剪力在合理范圍內(nèi)，檢查位移、內(nèi)力及配筋情況才有意義，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中為了合理布置剪力墻，其底部剪力系數(shù)a=底部剪力，結(jié)構(gòu)自重，并控制在表一所列范圍較合適。
在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，既要發(fā)揮它具有足夠的抗側(cè)能力等優(yōu)點，又要改進其工程費用較高的缺點，因此優(yōu)化設(shè)計成了必不可少的手段。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，筆者淺析剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案。
2、工程設(shè)計實例
某工程位于江蘇省海門市：工程設(shè)計使用年限5O年;抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度，基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為III類;特征周期0.45s，剪力墻抗震等級為三級。
小區(qū)共12棟3O一32層高層住宅樓，建筑高度為88.5 na一91.3m，地下一層為連通汽車庫及設(shè)備用房的人防地下室，主樓地面以上首層為商鋪，層高4.5m，二層以上為層高2.8m的住宅。
業(yè)主要求控制用鋼量地面以上不大于65kg/m2,經(jīng)比較，12棟高層住宅均采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。所有剪力墻均直接落地，主樓標準層結(jié)構(gòu)平面見圖一。
2. 1結(jié)構(gòu)體系及特點由于本工程建筑高寬比略大于高規(guī)要求的6度區(qū)A級高度剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比限值6，表明結(jié)構(gòu)寬度方向剛度較薄弱采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系很有必要，因此剪力墻的布置應(yīng)注意結(jié)構(gòu)寬度增強結(jié)構(gòu)寬度方向的抗側(cè)剛度，整體計算應(yīng)注意結(jié)構(gòu)寬度方向的剛度、位移、穩(wěn)定性等指標滿足高規(guī)的要求。剪力墻基本按開間布置，電梯井中部隔墻采用砌塊填充墻。剪力墻厚度六層以下取250mm，以上去200mm，建筑高度大于80m，抗震等級為三級。整體計算的結(jié)構(gòu)振動特性及抗震性能指標及該工程混凝土標號分別見表二。注：Y方向風荷載作用下，最大值層間位移角：1/1 108;X方向風荷載作用下，最大值層間位移：1/1896;且均小于高規(guī)的限值1/1000。
2.2優(yōu)化設(shè)計措施剪力墻的延性設(shè)計，弱化剪力墻和連梁剛度，對于連梁工程中應(yīng)用的大多數(shù)都是采用普通的受彎縱向鋼筋和抗剪箍筋，它的延性較差;而采用斜向交叉配筋的連梁延性較好，但是受到條件的限制而應(yīng)用較少�？刂萍袅Φ膲χL度，把長墻分割成開動(結(jié)構(gòu)洞或門窗洞)連肢墻，洞頂設(shè)置跨高比大于等于5的弱連梁，結(jié)構(gòu)洞及窗臺用砌體砌筑，弱化后的剪力墻及連梁具有較輕的自重、更大的延性和抗震耗能能力，鋼筋用量也較小。
優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使結(jié)構(gòu)受力均衡，相關(guān)措施應(yīng)用得當，結(jié)構(gòu)整體安全可靠度好，任何結(jié)構(gòu)都能同時發(fā)揮其最大作用，這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)就能達到既經(jīng)濟又合理的目的。從結(jié)構(gòu)設(shè)計整體布局來看，在水平荷載作用下，剪力墻邊緣構(gòu)件的配筋往往是構(gòu)造配筋。而邊緣構(gòu)件斷面的確定與剪力墻的布置有很大的關(guān)系，因此，本工程首先調(diào)整剪力墻的布置，使之盡可能的對稱，這樣既節(jié)省了造價，又增加了結(jié)構(gòu)的安全性。
為了節(jié)省工程造價，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，同時考慮地方的相關(guān)技術(shù)措施，該工程含鋼量控制見表3。
本工程含鋼量控制為了進一步控制用鋼量，采取了梁箍筋及縱筋采用3級鋼、減輕填充墻荷載，建筑中的次要部位如：陽臺欄桿和女兒墻采用磚砌塊砌筑，減小這些構(gòu)件鋼筋用量等優(yōu)化措施。通過以上幾點措施，本工程能很好的控制用鋼量。
對于本工程的適用性，建筑功能上以住宅為主，建筑平面較規(guī)則對稱、地下車庫的雙車環(huán)道不穿過高層主樓底部，預(yù)期用鋼量為6ok咖2左右的高層住宅樓盤，可選擇本實例的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并應(yīng)對剪力墻進行合理布置及延性設(shè)計，可明顯減少剪力墻的用鋼量。
3、剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計注意事項
在建筑的方案階段結(jié)構(gòu)應(yīng)該提早介入，這一步驟十分必要。因為很多建筑設(shè)計人員對結(jié)構(gòu)的概念很模糊，有時設(shè)計出來的建筑，結(jié)構(gòu)處理起來很麻煩很容易引起工程造價的偏高;因此結(jié)構(gòu)應(yīng)在早期介入，配合建筑完成相關(guān)設(shè)計。
設(shè)計過程應(yīng)有一套嚴格的管理制度。設(shè)計過程中必須控制好的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，嚴格按照設(shè)計流程做好精細化設(shè)計。
如果條件允許，設(shè)計過程中適時、適當?shù)囊胪獠抠Y源。聘請專業(yè)化的設(shè)計顧問公司，全程進行工程設(shè)計的管理和結(jié)構(gòu)成本的控制，將會起到很好的效果。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅能給甲方降低工程成本，更可以給甲方帶來其他額外的價值。當建筑方案完成后，結(jié)構(gòu)的選型和布置也存在優(yōu)化與否的問題，建筑體型都有其最規(guī)則和最經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)方案，因此真正的優(yōu)化應(yīng)該是結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程，需要各個專業(yè)配合，如剪力墻的設(shè)置位置，框架梁柱的結(jié)構(gòu)布置、是否采用輕質(zhì)建筑墻體材料和輕質(zhì)隔斷與水電專業(yè)配合適當減小板厚、與建筑專業(yè)配合減小墻、梁、柱截面等;應(yīng)重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化的目的是降低整個工程的造價，但絕對不是降低結(jié)構(gòu)的安全儲備，而是保證結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)有的各種規(guī)范及相關(guān)措施的精神前提下，做到經(jīng)濟合理。
4、結(jié)語
在建筑工程的設(shè)計過程中，要發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)體系的剛度大、抗震性能好等優(yōu)點。針對在實際設(shè)計過程中的諸多因素，對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題進行探討和研究。從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在以后的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時能做到既安全又經(jīng)濟。
參考文獻：
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