張巖

關(guān)鍵高層結(jié)構(gòu)；剪力墻；受力；設(shè)計(jì)

一、引言

隨著人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，普通框架結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻的件對建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔己不能滿足人們對住宅空間使用和立面美觀的要求。純剪力墻結(jié)構(gòu)既可以保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性，又可以使室內(nèi)空間合理墻面平整，所以高層建筑結(jié)構(gòu)中便越來越多地采用剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結(jié)構(gòu)，但比框架結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致的豎向位移差別，也比框剪結(jié)構(gòu)小，傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。這樣的結(jié)構(gòu)形式能使建筑取得較好的經(jīng)濟(jì)效果和建筑功能效果。基于這種情況，本文將淺談高層剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和設(shè)計(jì)的若干建議。

1結(jié)構(gòu)布置

1. 1剪力墻布置

在高層剪力墻住宅建筑標(biāo)準(zhǔn)層單位面積含鋼量中，剪力墻墻身用鋼量約占45%一65% ，剪力墻邊緣構(gòu)件用鋼量約占30%一50%，因此剪力墻布置的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)剪力墻布置的基本原則是：盡量減少剪力墻數(shù)量，且各墻肢布置時(shí)應(yīng)考慮如何減少邊緣構(gòu)件，以期通過布置較少的抗側(cè)力構(gòu)件獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)抗扭剛度度具體措施如下：

（1）強(qiáng)周邊，弱中部

剪力墻盡可能布置在結(jié)構(gòu)周邊外圍護(hù)墻位置，必要時(shí)可利用房間窗臺(tái)設(shè)置高連梁以加強(qiáng)剛度在結(jié)構(gòu)中部宜減少剪力墻的布置量（如中部樓電梯間附近），以便于提高主體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，控制結(jié)構(gòu)的周期比與位移比，同時(shí)有利于建筑外墻防水

（2）多均勻長墻，少短墻

在保證豎向及水平承重情況下，要精心選擇對結(jié)構(gòu)承受水平及豎向荷載有利的隔墻位置設(shè)置剪力墻，盡量拉大剪力墻的布置間距，避免在較小的間距內(nèi)布置多道剪力墻通過加長剪力墻墻肢長度，減少剪力墻數(shù)量，使結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度增加，邊緣構(gòu)件數(shù)量減少，且由于墻間距拉大，增加了建筑平面布置靈活性。

為了使剪力墻實(shí)現(xiàn)彎曲破壞的延性破壞模式，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》簡稱高規(guī)，規(guī)定墻長不宜大于8m實(shí)際上影響剪力墻破壞模式的兩個(gè)主要因素是剪跨比和軸壓比，只要剪跨比大于2，且軸壓比滿足規(guī)范限值，能夠?qū)崿F(xiàn)延性的彎曲破壞對高層剪力墻，即便是墻長大于8m，剪跨比一般也會(huì)大于2，即能滿足延性破壞的需求但需要注意的是，在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中，布置剪力墻時(shí)應(yīng)避免個(gè)別墻肢為長墻如果個(gè)別墻肢較長而其余墻肢較短時(shí)，長墻肢承擔(dān)總地震力的份額會(huì)較大，當(dāng)其在超過設(shè)防地震的作用下首先發(fā)生破壞時(shí)，其余結(jié)構(gòu)不能起到第一道抗震防線的作用，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因個(gè)別長墻的破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌所以在高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，長墻的脆性破壞不是主要的，內(nèi)力集中的不良后果反倒應(yīng)引起足夠重視一般來講可通過在長墻中部設(shè)置洞口弱連梁方式分為兩個(gè)短墻肢，但對于限額設(shè)計(jì)的項(xiàng)目來講設(shè)置洞口會(huì)增加暗柱數(shù)量及施工難度從而增加工程成本

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)是由一系列縱向、橫向剪力墻及樓蓋所組成的空間結(jié)構(gòu)，承受豎向荷載和水平荷載，是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式。由于縱、橫向剪力墻在其自身平面內(nèi)的剛度都很大，在水平荷載作用下，側(cè)移較小；因此這種結(jié)構(gòu)抗震及抗風(fēng)性能都較強(qiáng)，承載力要求也比較容易滿足，適宜于建造層數(shù)較多的高層建筑。一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻；短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5：8的剪力墻剪力墻主要承受兩類荷載：一類是樓板傳來的豎向荷載，在地震區(qū)還應(yīng)包括豎向地震作用的影響；另一類是水平荷載，包括水平風(fēng)荷載和水平地震作用。剪力墻的內(nèi)力分析包括豎向荷載作用下的內(nèi)力分析和水平荷載作用下的內(nèi)力分析。在豎向荷載作用下，各片剪力墻所受的內(nèi)力比較簡單，可按照材料力學(xué)原理進(jìn)行。在水平荷載作用下，剪力墻的內(nèi)力和位移計(jì)算則比較復(fù)雜。理論分析和試驗(yàn)研究表明，在水平荷載作用下剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻上的開洞情況。洞口是否存在，洞口的大小、形狀及位置的不同都將影響剪力墻的受力性能。剪力墻按受力特性的不同主要可分為整體剪力墻、不開口整體剪力墻、雙肢墻（多肢墻）和壁式框架等幾種類型。不同類型的剪力墻，其相應(yīng)的受力特點(diǎn)、計(jì)算簡圖和計(jì)算方法也不相同，計(jì)算其內(nèi)力和位移時(shí)則需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。整體剪力墻如一根懸臂桿件，在墻肢整個(gè)高度方向上，彎矩圖既不發(fā)生突變又不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，變形曲線以彎曲型為主；不開口墻與雙、多肢剪力墻，在連梁高度處的墻肢彎矩有突變，但在整個(gè)墻肢的高度方向上，它沒有或僅僅在

個(gè)別樓層才出現(xiàn)反彎點(diǎn)，剪力墻的變形曲線依然以彎曲型為主?？傊?，剪力墻的受力需具體情況具體分析，應(yīng)按能反映其性態(tài)的結(jié)構(gòu)體系計(jì)算。

三、剪力墻設(shè)計(jì)的建議

剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置；抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式。剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則。剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過大。遵循這樣的規(guī)范原則，剪力墻的布置： 遵循均勻、分散、對稱和周邊的原則。剪力墻應(yīng)沿房屋縱橫兩個(gè)方向布置，剪力墻宜布置在房屋的端部附近、平面形狀變化處、恒荷載較大處以及樓梯處。在平面布置上盡可能均勻、對稱，以減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)；不能對稱時(shí)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心接近，在豎向布置上應(yīng)貫通房屋全高，使結(jié)構(gòu)上下剛度連續(xù)、均勻?？刹贾贸蓡纹?，洞口布置在截面中部，避免布置在剪力墻端部或柱邊。高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻

與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。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。剪力墻的間距為了保證樓（屋）蓋的側(cè)向剛度，避免水平荷載作用下樓蓋平面內(nèi)彎曲變形，應(yīng)控制剪力墻的最大間距。剪力墻的數(shù)量與結(jié)構(gòu)體型、高度等有關(guān)。從抗震性考慮，在一定范圍內(nèi)數(shù)量越多越好；從經(jīng)濟(jì)性考慮，數(shù)量太多會(huì)使結(jié)構(gòu)剛度和自重很大，地震力和材料用量增大，造價(jià)提高，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)困難。因此，剪力墻的數(shù)量應(yīng)適宜，只需滿足側(cè)向變形的限值即可（剪力墻的數(shù)量：規(guī)范要求剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的百分之五十。因?yàn)樵诘卣饡r(shí)全靠剪力墻抵抗地震剪力，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)成片的剪力墻最好對稱布置，遵循“均勻、對稱、周邊、分散”的原則，以取得比較理想的設(shè)計(jì)效果。

四、結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的提高，高層建筑將如雨后春筍般出現(xiàn)，剪力墻結(jié)構(gòu)因其抗側(cè)剛度大，能有效地減少側(cè)移，目具有較好的抗震性能，因而被廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中。所以，掌握好剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，把握好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)