探析高層建筑剪力墻結構設計的措施
摘要：剪力墻結構作為高層建筑中的主要結構形式，已被廣泛應用。本文從剪力墻結構的基本概況入手，結合設計實踐經(jīng)驗對剪力墻的結構特點以及設計措施進行闡述與分析，并指出了在高層剪力墻結構設計過程中應注意的問題。
關鍵詞：剪力墻結構;高層建筑;結構優(yōu)化
1、剪力墻結構特點分析
剪力墻結構是高層建筑中常采用的一種結構形式，其截面剛度大而厚度較小，剪力墻結構具有承載力大、平面剛度大等優(yōu)點。其特點是整體性好，側向剛度大，水平力作用下側移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內部布置，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。同時應避免僅單向有墻的結構布置方式，并宜使兩個方向抗側剛度相近。
剪力墻結構剛度很大，但剛度大小歷來爭議較多，通過歷次震害表明，剛度較大的結構一般震害較輕，可是結構剛度不能無限增大，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，一個是控制結構的水平位移，應使結構水平位移滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3—20l0中有關結構水平位移的限值，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)結構頂點位移滿足要求、構件為構造配筋的安全假象，所以只有剪力在合理范圍內，檢查位移、內力及配筋情況才有意義，在結構設計中為了合理布置剪力墻，其底部剪力系數(shù)a=底部剪力，結構自重，并控制在表一所列范圍較合適。
在高層剪力墻結構設計中，既要發(fā)揮它具有足夠的抗側能力等優(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，筆者淺析剪力墻結構優(yōu)化設計方案。
2、工程設計實例
某工程位于江蘇省海門市：工程設計使用年限5O年;抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為6度，基本地震加速度值為0.05g，設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構。所有剪力墻均直接落地，主樓標準層結構平面見圖一。
2. 1結構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級高度剪力墻結構高寬比限值6，表明結構寬度方向剛度較薄弱采用剪力墻結構體系很有必要，因此剪力墻的布置應注意結構寬度增強結構寬度方向的抗側剛度，整體計算應注意結構寬度方向的剛度、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。整體計算的結構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)化設計措施剪力墻的延性設計，弱化剪力墻和連梁剛度，對于連梁工程中應用的大多數(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'限制而應用較少�？刂萍袅Φ膲χL度，把長墻分割成開動(結構洞或門窗洞)連肢墻，洞頂設置跨高比大于等于5的弱連梁，結構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)化結構設計，使結構受力均衡，相關措施應用得當，結構整體安全可靠度好，任何結構都能同時發(fā)揮其最大作用，這樣設計的結構就能達到既經(jīng)濟又合理的目的。從結構設計整體布局來看，在水平荷載作用下，剪力墻邊緣構件的配筋往往是構造配筋。而邊緣構件斷面的確定與剪力墻的布置有很大的關系，因此，本工程首先調整剪力墻的布置，使之盡可能的對稱，這樣既節(jié)省了造價，又增加了結構的安全性。
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技術措施，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構體系，并應對剪力墻進行合理布置及延性設計，可明顯減少剪力墻的用鋼量。
3、剪力墻結構優(yōu)化設計注意事項
在建筑的方案階段結構應該提早介入，這一步驟十分必要。因為很多建筑設計人員對結構的概念很模糊，有時設計出來的建筑，結構處理起來很麻煩很容易引起工程造價的偏高;因此結構應在早期介入，配合建筑完成相關設計。
設計過程應有一套嚴格的管理制度。設計過程中必須控制好的關鍵環(huán)節(jié)，嚴格按照設計流程做好精細化設計。
如果條件允許，設計過程中適時、適當?shù)囊胪獠抠Y源。聘請專業(yè)化的設計顧問公司，全程進行工程設計的管理和結構成本的控制，將會起到很好的效果。好的結構設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，結構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)濟的結構方案，因此真正的優(yōu)化應該是結構設計的全過程，需要各個專業(yè)配合，如剪力墻的設置位置，框架梁柱的結構布置、是否采用輕質建筑墻體材料和輕質隔斷與水電專業(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;應重視非結構構件的優(yōu)化設計。
在結構設計中優(yōu)化的目的是降低整個工程的造價，但絕對不是降低結構的安全儲備，而是保證結構符合現(xiàn)有的各種規(guī)范及相關措施的精神前提下，做到經(jīng)濟合理。
4、結語
在建筑工程的設計過程中，要發(fā)揮剪力墻結構體系的剛度大、抗震性能好等優(yōu)點。針對在實際設計過程中的諸多因素，對剪力墻結構的設計問題進行探討和研究。從而使結構設計人員在以后的高層建筑剪力墻結構設計時能做到既安全又經(jīng)濟。
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