1、基于剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的優(yōu)化設(shè)計探討【摘 要】剪力墻也可以稱為抗風墻、抗震墻或結(jié)構(gòu)墻,是房屋或構(gòu)筑物中主要承受風載荷或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的墻體,能夠有效的防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。在高層建筑中,剪力墻的作用尤為重要,本文對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化分析?!娟P(guān)鍵詞】剪力墻結(jié)構(gòu);高層;結(jié)構(gòu)優(yōu)化1.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計簡析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項系統(tǒng)性的設(shè)計工作,主要體現(xiàn)在設(shè)計重要性、設(shè)計前提、設(shè)計特點、設(shè)計原則等方面。以下從幾個方面出發(fā),對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了分析。1.1 設(shè)計重要性高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計有著非常高的重要性。眾所周知高層建筑是社會生產(chǎn)發(fā)展和人們生活需求的
2、產(chǎn)物,并且本身也是現(xiàn)代化、工業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計則在很大程度上反應(yīng)出了一個國家的建筑科技經(jīng)濟的發(fā)展水平。其次,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步以及城市人口密度的持續(xù)提升,高層建筑正在逐步成為當今建筑最為重要的發(fā)展趨勢,并且也成為了城市現(xiàn)代化的象征。為了能夠有效的滿足高層建筑的抗震性和經(jīng)濟性,因此對剪力墻結(jié)構(gòu)進行更深入的研究就具有重要的理論和實踐意義。1.2 設(shè)計前提高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計有著必要性的前提。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計本身就具有很多的概念和原則。打個比方來說,設(shè)計人員在設(shè)計一幢高層建筑時可以將這一建筑看成一根豎直放置在嵌固于地基的開孔帶。其次,由于高層建筑多為
3、巨型空間構(gòu)架,因此建筑的剪力墻不僅僅需要承受所有重力荷載的作用,并且還需要在這一前提下保持穩(wěn)定。與此同時,由于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)還需要保證各種建筑內(nèi)部的裝飾、填充墻等不會在地震等作用中受到損壞,還需要提供建筑內(nèi)部工作、生活的人們有一個舒適的環(huán)境,因此其設(shè)計需要將剪力墻可能出現(xiàn)的變形控制在一定范圍內(nèi)。1.3設(shè)計特點高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計自身有著獨特的特點。眾所周知,剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下往往容易出現(xiàn)彎曲型的側(cè)向變形,并且由于剪力墻結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載和水平荷載都較大,結(jié)果在很大程度上促使了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)具有很好的整體性和側(cè)向剛度。但是在這一過程中需要注意的是,高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)由于不能夠提供
4、大空間房屋并且結(jié)構(gòu)延性通常來說也較差,因此這在很大程度上限制了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計空間,例如許多高層建筑的內(nèi)部房屋只能以小房間為主,這與高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計限制有著非常大的關(guān)系。1.4設(shè)計原則剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理,比如說剪力墻結(jié)構(gòu)剛度不宜過大,應(yīng)以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標,使計算結(jié)果接近規(guī)范限值(不小于限值),同時要使樓層層間最大位移與層高之比滿足規(guī)范限值,再者,對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言,含鋼量和混凝土用量也是判斷結(jié)構(gòu)是否設(shè)計合理的重要經(jīng)濟指標,如下表1所示。2.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要許多方面工作的支持。以下從優(yōu)化結(jié)構(gòu)
5、布置、確保結(jié)構(gòu)均勻、合理開設(shè)洞口、進行結(jié)構(gòu)分析等方面出發(fā),對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行了分析。2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化首先應(yīng)當著眼于結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化。設(shè)計人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置時首先應(yīng)當確保剪力墻是沿著主軸方向或者是其他方向來進行雙向均勻布置。這一布置在一方面能夠形成良好的空間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計,并且還能夠使兩個受力方向的抗側(cè)剛度接近,最終使其具有較好的空間工作性能。其次,剪力墻上要求開設(shè)門窗洞,因此設(shè)計人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)當針對剪力墻抗側(cè)剛度較大的特性來進一步充分利用剪力墻的能力,例如設(shè)計人員可以減輕結(jié)構(gòu)重量并且以此基礎(chǔ)上增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間。與此同時,設(shè)計人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布
6、置時應(yīng)當在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上進一步提升剪力墻的質(zhì)量與使用壽命。2.2確保結(jié)構(gòu)均勻高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化還應(yīng)當確保結(jié)構(gòu)的均勻性。由于高層建筑按照所用結(jié)構(gòu)材料可以分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。并且于砌體材料的抗拉強度較低,抵抗水平荷載作用的能力和延性較差,在高層建筑中很少使用。高層結(jié)構(gòu)的基本受力單元包括框架、剪力墻和筒體。伴隨著高層建筑的迅速增加,原來的框架結(jié)構(gòu)因為露梁、露柱現(xiàn)象已逐漸被剪力墻結(jié)構(gòu)所替代。剪力墻是以承受水平荷載為主的豎向構(gòu)件,其寬度可達幾十米甚至上百米。設(shè)計人員在確保結(jié)構(gòu)均勻時應(yīng)當避免出現(xiàn)墻肢剛度相差過于懸殊的洞口設(shè)置,并且當剪力墻的洞
7、口布置出現(xiàn)錯洞問題時設(shè)計人員應(yīng)當通過采取框架形式等不同的方法來迅速的對其進行處理。其次,設(shè)計人員在確保結(jié)構(gòu)均勻時應(yīng)當確保剪力墻能夠自下到上連續(xù)布置,從而能夠有效的避免剛度突變問題的出現(xiàn)。與此同時,設(shè)計人員在確保結(jié)構(gòu)均勻時可以沿高度選擇性的減少部分墻肢,從而能夠避免對于結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生不利的影響。2.3合理開設(shè)洞口高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要合理的開設(shè)洞口。工作人員在合理開設(shè)洞口時應(yīng)當將其分成長度較為均勻的若干墻段,并且在這一過程中采用弱連梁來進行連接,這主要是為了能夠確保每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比低于3,從而能夠有效的避免剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞。其次,由于高層住宅通常利用樓梯、電梯及豎向
8、管道井等部位設(shè)置剪力墻,形成相對完整的筒體。設(shè)計人員在進行抗震設(shè)計時應(yīng)當盡量避免在洞口與墻邊或者是在兩個洞口之間形成墻肢截面高度與厚度之比小于4的小墻肢。與此同時,設(shè)計人員在設(shè)計小墻肢截面高度小于墻厚的4倍的剪力墻時應(yīng)當按框架柱來進行設(shè)計,并且在這一過程中合理的控制剪力墻平面外的彎矩,從而能夠在此基礎(chǔ)上保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。2.4 進行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計人員在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化時應(yīng)當進行細致的結(jié)構(gòu)分析。設(shè)計人員在進行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當首先通過結(jié)構(gòu)分析來滿足最大層間位移、周期比、位移比等重要的結(jié)構(gòu)各項指標。其次,設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)分析時應(yīng)當考慮到不同抗震等級情況下剪力墻的穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)造要
9、求,并且還應(yīng)當根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中的有關(guān)規(guī)定來進行設(shè)計。與此同時,設(shè)計人員在進行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理和剪力墻結(jié)構(gòu)的具體剛度,來最終提升結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。3.結(jié)束語剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計在高層建筑中起著非常重要的作用,我們在施工設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體的要求,選擇最合適的優(yōu)化,這樣才能有效地保證我們工作的開展。不過高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的要求相比傳統(tǒng)建筑要高的多,加之新的規(guī)范與標準,這些都會給我們的設(shè)計工作提出新的問題與挑戰(zhàn)。所以,我們在剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中要多思考、多總結(jié),不斷學習先進的經(jīng)驗來充實自身,通過這些手段,我相信在不遠的將來我們的設(shè)計水平必將上升到一個新的檔次。參考文獻1羅赤宇,向前,王金鋒,等. 佛山保利商務(wù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析J.建筑結(jié)構(gòu),2014(14)2賀海斌. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻合理數(shù)量的研究D.湖南大學,2012,03(16)3周浪. 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究D.武漢理工大學,2013,04(01)4門進杰,李慧娟,史慶軒,等. 某板式住宅高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究J.結(jié)構(gòu)工程師,2013,06(28)