文/文善任 湖南省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 湖南長沙 410000

現(xiàn)階段，高層建筑的建設(shè)不斷增加，促使剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。其具有較強的抗震性能，而且建設(shè)使用的鋼材料量小，經(jīng)濟效益明顯，同時結(jié)構(gòu)不會漏出梁柱，美觀性較好。目前來說，采用的剪力墻結(jié)構(gòu)，主要類型如下：1）整體型剪力墻；2）小開口整體型剪力墻；3）聯(lián)肢墻型剪力墻等。現(xiàn)結(jié)合工程實例，分析高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點。

1、項目概述

以某高層建筑項目為例，其基本情況如表1所示。此建筑的基本風(fēng)壓為0.40kN/m2，建設(shè)場地類別為Ⅲ級，建筑基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，按照8 度抗震設(shè)防，其余指標(biāo)情況如表2所示?，F(xiàn)結(jié)合此實例，分析高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點，總結(jié)設(shè)計優(yōu)化策略。

表1 建筑工程基本情況

表2 建筑指標(biāo)基本情況

2、高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

2.1 設(shè)計難度大

從剪力墻的結(jié)構(gòu)角度來說，主要是由縱向剪力墻和橫向剪力墻以及樓蓋組成，屬于常見的高層建筑空間結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用。因為縱向剪力墻和橫向剪力墻實際應(yīng)用時，要求形成較強的剛度，在水平方向產(chǎn)生較小的位移。剪力墻的應(yīng)用，其自身的抗震性能以及抗風(fēng)性能優(yōu)越，對承載力要求很高，因此剪力墻結(jié)構(gòu)整體具有緊湊的特點，增加了設(shè)計的難度。

2.2 設(shè)計要求高

從高層民用建筑的角度來說，其建設(shè)的質(zhì)量和安全要求較高，因此對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了較高要求。在具體實踐中需要設(shè)計人員能夠結(jié)合建筑功能情況，合理選擇剪力墻結(jié)構(gòu)布置方案，嚴格按照結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，做好剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，尤其是細節(jié)的優(yōu)化，確保設(shè)計方案的合理性和科學(xué)性。在具體設(shè)計時需做好以下要點的把控：1）水平荷載。建筑的結(jié)構(gòu)特性和建筑自重及附加荷載產(chǎn)生的軸力等，有著很大的關(guān)系，同時和樓房的高度呈現(xiàn)正比關(guān)系。一般來說，高層建筑自重和荷載，比如豎向荷載，存在著比值關(guān)系，這和建筑結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，建筑使用過程中可能會出現(xiàn)變化。2）軸向變化。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要注重建筑豎向自重荷載的把控，以免建筑使用時產(chǎn)生軸向變形，給連續(xù)梁彎矩造成影響[1]。

3、高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

3.1 合理布置剪力墻結(jié)構(gòu)

從剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來說，若想要實現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)化，要注重合理布置剪力墻結(jié)構(gòu)。在具體設(shè)計中做好以下要點的把控：1）精準區(qū)分普通剪力墻與短肢剪力墻的差異。一般來說，普通剪力墻指的是墻肢長度和厚度比不小于8 的建筑剪力墻，也就是200mm 厚度的剪力墻，設(shè)置的墻肢長度不小于1600mm。設(shè)計的短肢剪力墻，其主要為截面厚度小于300mm，同時各墻肢截面高度和厚度比值在5-8 范圍內(nèi)的剪力墻。相比普通剪力墻，短肢剪力墻的抗震性能較弱，因此設(shè)計時要結(jié)合建筑工程建設(shè)區(qū)域和工程地質(zhì)情況等，合理選擇剪力墻形式。2）設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)，要避免設(shè)置獨立小墻肢。因為此類墻肢的存在，增加了建筑施工的難度，因此有必要合并孔洞。3）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中要確保結(jié)構(gòu)整體的剛度。在開展設(shè)計時要做好自振周期的把控，使其處于0.05n-0.08n，n 指的是結(jié)構(gòu)總層數(shù)，進而保證結(jié)構(gòu)的性能[2]。精準計算建筑剪力墻的剛度參數(shù)，同時確保剛度以及剪力墻層數(shù)相互匹配，擴大建筑內(nèi)部的有效使用空間以及承載力。除此之外，要注重混凝土的控制，按照位移極限規(guī)范，合理增強建筑墻肢和建筑連梁之間所具有的抗剪性能，有效降低截面設(shè)計的難度系數(shù)。

3.2 優(yōu)化剪力墻的平面布置

從建筑剪力墻平面的優(yōu)化設(shè)計實踐來說，要做好以下要點的把控：1）保證平面的對稱性。建設(shè)的剪力墻必須要順著中心軸線，做好對稱性的把控，保證設(shè)計的合理性，促使墻體重心能夠和建筑結(jié)構(gòu)剛度中心盡可能重合，以此減少扭轉(zhuǎn)。2）布置的剪力墻不可以過密，建議多設(shè)置均勻長墻，墻體長度小于等于8m，少布置短墻，同時墻肢的厚度應(yīng)該沿著高度合理變化。3）堅持強周邊和弱中部的原則，優(yōu)選L 形平面和T 形平面以及十字型平面，盡量少布置復(fù)雜的平面，最大程度上保障剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，同時保持側(cè)向剛度的合理性。堅持周邊和對稱以及封閉的設(shè)計原則，來布置剪力墻，保證平面剛度以及抗扭剛度達到最大，增強建筑物結(jié)構(gòu)的整體抗震效果。若想保證建筑建設(shè)的經(jīng)濟效益，必須要做好各個墻肢的軸壓比把控，盡量接近相應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震等級軸壓比限值[3]。

3.3 做好墻身設(shè)計的優(yōu)化

從剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐的角度來說，進行設(shè)計優(yōu)化，要注重剪力墻數(shù)量的優(yōu)化和厚度優(yōu)化。剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，必須以保證結(jié)構(gòu)整體的性能為前提，最大程度上降低建筑建設(shè)的造價，做好初步設(shè)計質(zhì)量的把控。設(shè)計剪力墻施工圖紙時，要注重配筋方面的優(yōu)化設(shè)計，最大程度上確保墻身水平鋼筋和垂直鋼筋相互匹配，促使斜截面與正截面的抗剪承載力能夠和受彎承載力相互結(jié)合。嚴格按照建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，優(yōu)化布置暗柱以及端柱，積極完善各級結(jié)構(gòu)抗震措施，促使建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得以提升。除此之外，對于建筑結(jié)構(gòu)墻身的設(shè)計，必須要注重鋼筋間距的把控，進而確保建筑墻身設(shè)計的整體質(zhì)量。堅持選擇小直徑但是高強度的鋼筋原則，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，將建筑墻身的計算結(jié)果把控在建筑構(gòu)造配筋范圍內(nèi)，達到最小配筋率的基本要求。如果高度很高加之平面規(guī)則性很差，對此結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，結(jié)合實際情況，合理增加鋼筋配筋率，把控在相對很小的幅度范圍內(nèi)，相比最小配筋率略高即可。

3.4 做好邊緣構(gòu)件的優(yōu)化

一般來說，剪力墻邊緣構(gòu)件主要分為約束邊緣構(gòu)件以及構(gòu)造邊緣構(gòu)件。其中，約束邊緣構(gòu)件使用的配筋比較多。在設(shè)計時若剪力墻軸壓比超過相應(yīng)數(shù)值以后，若想達到1-3 級抗震要求，建設(shè)的剪力墻底部加強區(qū)以及上層，建議布置約束邊緣構(gòu)件，其余樓層布置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要依據(jù)底部加強位置以及非加強位置的具體情況，合理區(qū)分配筋，適當(dāng)設(shè)置邊緣構(gòu)件過渡層，同時要滿足各等級抗震以及不同抗震設(shè)防烈度要求下的剪力墻抗震措施[4]。

結(jié)語：

綜上所述，高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性和科學(xué)性，直接影響著建筑結(jié)構(gòu)的使用性能，因此要做好嚴格的把控。文中結(jié)合實際案例，總結(jié)了設(shè)計優(yōu)化的把控措施，分享給相關(guān)人員參考。