高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文

1、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)的選型、布設(shè)和外觀處理已經(jīng)成為高層建筑設(shè)計(jì)和施工工作的重要環(huán)節(jié)，對于節(jié)約高層建筑建設(shè)成本，提高高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有著指導(dǎo)性和約束性的作用。在高層建筑發(fā)展的大趨勢下，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用得到了各方面關(guān)注。本文針對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究，以便更好的做好建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證建筑的安全和質(zhì)量。關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前言剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指利用建筑物墻體作為建筑的豎向承重體系，并用它抵抗水平力的結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑工程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)工程項(xiàng)目工作重點(diǎn)，也是提高建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)用性、耐久性的關(guān)鍵。剪力墻結(jié)構(gòu)作為目前建筑工程

2、領(lǐng)域中極為常見的一種，在大中型高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用極為廣泛，其在提高建筑結(jié)構(gòu)整體性、耐久性方面發(fā)揮著不可替代的作用。1剪力墻結(jié)構(gòu)的基本定義剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其可以承擔(dān)較強(qiáng)的風(fēng)荷載及地震作用，所以通常也將剪力墻稱為抗風(fēng)墻或抗震墻。目前高層建筑較多，但在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，則不宜將所有墻體都采用剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于需要應(yīng)用較多剪力墻時(shí)，則需要布置一定的筒體，這樣利用剪力墻和筒體可以對水平力來進(jìn)行抵抗?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。當(dāng)墻較少時(shí)，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%40%，則可以按普

3、通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。2高層建筑剪力墻布置2.1高層建筑剪力墻布置原則高層建筑剪力墻的布置是沿著主軸方向或者其他某一方向進(jìn)行雙向布置，在同一平面內(nèi)剪力墻的布置要保持均衡。高層建筑剪力墻的高與寬通常尺寸都比較大，厚度又較薄，在墻體受力方面受到水平剪力、彎矩、豎向壓力。高層建筑的剪力墻需要具有抗震、抗風(fēng)載的能力，所以其結(jié)構(gòu)需要滿足非彈性變形和避免脆性剪力斷裂，剪力墻的設(shè)計(jì)類型可以盡量采用延性彎曲型。2.2剪力墻結(jié)構(gòu)類別剪力墻結(jié)構(gòu)類別有整體墻和聯(lián)肢墻。根據(jù)不同類型墻體的特點(diǎn)、受力特征、墻體內(nèi)

4、力分布進(jìn)行配筋和構(gòu)造。整體墻包括山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻、小開洞墻；聯(lián)肢墻是由梁連接的剪力墻。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。圖 1 高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系將建筑的墻體作為豎向承重和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的被叫做剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻上可以進(jìn)行開洞設(shè)計(jì)，當(dāng)洞口越大時(shí)，越接近剪力墻的框架。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)分別是：（1）剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：剪力墻的承載能力較強(qiáng)，側(cè)向的剛度大、變形小，剪力墻墻面平整適用于單層高度較小的建筑，例如：住宅、賓館等。（2）剪力墻結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：剪力墻結(jié)構(gòu)自身重量較大，高層建筑平面布置的局限性有限，難以獲得更大的建筑空間。剪力墻可以分為框支剪力墻結(jié)構(gòu)與框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框支剪力墻結(jié)構(gòu)是將

5、剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑底層做成框架結(jié)構(gòu)，適用于做成轉(zhuǎn)換層高層建筑?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)可以將框架與剪力墻一同作為承載體，可接收來自豎向與水平方向的荷載，其中框架主要用來承擔(dān)來自豎向的荷載，剪力墻主要用來承載來自橫向的剪切力。2.3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算是對剪力墻的正截面承載力和剪力墻斜截面受剪力進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)需要對剪力墻的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)剪力墻水平受力與豎向受力求得剪力墻的內(nèi)力。剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的原則是：（1）要與施工圖一致；（2）剪力墻荷載取值準(zhǔn)確；（3）地下室作為指定層數(shù)；（4）整體計(jì)算參數(shù)與內(nèi)力配筋調(diào)整參數(shù)應(yīng)與整體分析程序相對應(yīng)；（5）地下室人防、樓梯、地下室側(cè)壁、頂板、水池壁板

6、、擋土墻、車道板、雨篷等抗扭構(gòu)件，異型板、立面小構(gòu)件等的補(bǔ)充計(jì)算，盡可能采用其他結(jié)構(gòu)軟件的計(jì)算工具計(jì)算，無相關(guān)工具的采用手算。3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化控制3.1剪力墻定位合理剪力墻的平面布置應(yīng)本著盡可能均勻、對稱的原則，盡量使墻面結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心完全重合，從而減少扭矩。而內(nèi)外剪力墻應(yīng)盡量拉通、對直。剪力墻肢截面宜簡單、規(guī)則。3.2剪力墻中大墻肢處理剪力墻在施工的過程中由于結(jié)構(gòu)本身存在著延伸性要求，因此，結(jié)構(gòu)施工與設(shè)計(jì)中也需要具備相應(yīng)的延展特性，這對于提高剪力墻結(jié)構(gòu)整體性和工作力度至關(guān)重要。通常情況下，剪力墻在設(shè)計(jì)中極容易形成高狀結(jié)構(gòu)的剪力墻，且極容易呈現(xiàn)出彎曲破壞形式和剪力墻結(jié)構(gòu)體系模式，

7、這樣一來，極容易出現(xiàn)脆性破壞現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)工作中，對于墻體長度較長的剪力墻設(shè)計(jì)在滿足其承載力要求的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行分層間隔設(shè)計(jì)，將其分割成為小而均勻的獨(dú)立情斷，這對于提高墻體結(jié)構(gòu)的承載力十分有效。除此以外，在墻段長度較小時(shí)其受彎產(chǎn)生的裂縫寬度較小，可以充分發(fā)揮墻體配筋的支撐作用。為避免這種不利現(xiàn)象的發(fā)生，對于超過8m的墻肢長度，可以采取以下兩種處理方法：3.2.1開施工洞：殲施工洞即在施工時(shí)墻上留洞，完工時(shí)砌填填充墻，把長墻肢分成短墻肢。3.2.2開計(jì)算洞：是指在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)設(shè)有洞，開始施工時(shí)仍為混凝土墻。但通過這樣的計(jì)算方式，可以加強(qiáng)其它小墻肢的配筋能力。3.3剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體配筋控制剪

8、力墻配筋有利于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)閷τ诩袅Y(jié)構(gòu)而言，剪力墻面廣量大。剪力墻墻體配筋通常是把豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)，而把水平鋼筋放在外側(cè)，配筋必須滿足計(jì)算及規(guī)范提議的最小配筋率。若采用了雙向鋼筋網(wǎng)片，迎水面保護(hù)層厚度至少可取值為30mm，大大節(jié)省了墻體配筋。3.4設(shè)計(jì)無洞單肢剪力墻剪力墻的在立面上沒有任何洞口。這種墻實(shí)際上是一豎向懸臂構(gòu)件，在水平荷載作用下，彎曲變形符合對平截面的假定，墻肢截面的正應(yīng)力為直線分布，其內(nèi)力和變形的計(jì)算可以應(yīng)用材料力學(xué)方法進(jìn)行。3.5設(shè)計(jì)整體墻和小開口整體墻墻面上只有很小的洞口，可以忽略其影響。這種類型的剪力墻實(shí)際上仍然是一個(gè)懸臂構(gòu)件，其橫截面的變形符合對平面的假

9、定，正應(yīng)力為直線分，稱為整體墻。當(dāng)開洞稍大一些，墻肢應(yīng)力中出現(xiàn)由局部彎曲引起的應(yīng)力，但其值不超過整體彎曲應(yīng)力的15%時(shí)，可以認(rèn)為其墻肢截面的變形仍符合對平面的假定，可以按材料力學(xué)方法來計(jì)算應(yīng)力，然后加以修正。這種墻叫小開口整體墻。3.6設(shè)計(jì)聯(lián)肢墻在實(shí)際工程中，有些剪力墻是由許多受彎構(gòu)件連接在一起的。例如，在住宅建筑和旅館建筑中，墻體上由大量豎向排列的洞口，在外墻上，這些洞口一般是窗口，而在建筑的內(nèi)部，這些洞口大部分是門或走道。在設(shè)計(jì)中，這些洞口將一片整墻分開為由連梁或樓板連接的墻肢，就形成了所謂的聯(lián)肢墻。一般地，開有一排或數(shù)排較大洞口的剪力墻，其截面的整體性已經(jīng)被破壞，水平荷載作用下正應(yīng)力的分

10、布較直線規(guī)律有較大的差別。但墻肢的線剛度比同列兩孔間所形成的連梁的線剛度大得多，每根連梁的中部都有反彎點(diǎn)，而墻肢僅在少數(shù)樓層出現(xiàn)反彎點(diǎn)。即在水平荷載作用下，所有的連梁都呈現(xiàn)雙曲率彎曲形態(tài)，而大部分的墻肢都呈現(xiàn)單曲率彎曲形態(tài)，墻肢變形仍以彎曲變形為主。3.7設(shè)計(jì)剪力墻短肢近年來，我國興起的一種新型的抗側(cè)力構(gòu)件，叫做鋼筋混凝土短肢剪力墻，它既保留了異形柱不凸出墻面的優(yōu)點(diǎn)，又克服了異形柱抗震性能不理想的缺點(diǎn)以及軸壓比控制等比普通的剪力墻采取了更嚴(yán)格的限制。對短肢剪力墻的計(jì)算模型、適用高度、構(gòu)造措施等沒有做明確的說明。因此，對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、破壞形態(tài)、抗震性能以及設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行系統(tǒng)的研究，形成一套完整的設(shè)計(jì)方法，是建筑工程設(shè)計(jì)中急需解決的課題。3.8設(shè)計(jì)剪力墻框支當(dāng)?shù)讓有枰罂臻g，采用框架結(jié)構(gòu)支撐上部剪力墻時(shí)，稱為框支剪力墻，也可以稱為柱支剪力墻。框架柱可以用常截面和變截面兩種形式，也可以采用斜柱和v 形柱。底部框架可以是單層的和多層的，應(yīng)視建筑使用上的需要和結(jié)構(gòu)的要求而定。4結(jié)語隨著剪力墻結(jié)構(gòu)越來越多，我們對剪力墻結(jié)構(gòu)的研究也應(yīng)該隨著越來越深入，以適應(yīng)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的需要，小高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈多樣化的趨勢，如何做到安全