王震

目前剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了高層建筑工程的廣泛應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)剛度性能與側(cè)翼性能較好，能夠提高建筑的抗震效果，滿(mǎn)足高層建筑對(duì)剛度、側(cè)移水平及穩(wěn)定性的要求。但是在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，因?yàn)槭艿蕉喾N因素影響，設(shè)計(jì)仍不完善，因此需要采取有效的措施對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為高層建筑的安全性和穩(wěn)定性提供保障。

1.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻是一種具有一定剛度和整體性的結(jié)構(gòu)，不但用鋼量較少，同時(shí)建成后不存在露柱露梁情況。同框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，剪力墻結(jié)構(gòu)的美觀效果更好，適用性更廣。因此在建筑中使用剪力墻結(jié)構(gòu)為室內(nèi)裝修提供便利，有效提高室內(nèi)使用面積。同時(shí)剪力墻具有較大的抗側(cè)剛度，抗震效果較好。但是因?yàn)榧袅π枰褂幂^多的混凝土墻體，直接導(dǎo)致高層建筑物自重提升，可能會(huì)引發(fā)地震反應(yīng)，因此需要做好防范措施，加大對(duì)剪力墻高層建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)施工的投入力度，強(qiáng)化其穩(wěn)定性。同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)各墻肢軸壓比較低，難以發(fā)揮其承載性能[1]。構(gòu)造配筋施工形式導(dǎo)致結(jié)構(gòu)延展性不佳，都會(huì)對(duì)剪力墻質(zhì)量造成不利影響。因此需要在確保其本來(lái)抗側(cè)性能的前提下，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低成本，提高高層建筑質(zhì)量。

1.1 剪力墻概述

現(xiàn)如今剪力墻已經(jīng)得到了高層建筑的廣泛應(yīng)用，屬于墻體結(jié)構(gòu)的一種，其構(gòu)成材料為鋼筋混凝土，在橫向與縱向承重板的交錯(cuò)作用下產(chǎn)生承重性能。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)能夠有效保障高層建筑的穩(wěn)定性與抗側(cè)性，提高其剛度性能與抗震性能，并且剪力墻能夠?qū)⒊兄刂[藏于內(nèi)部，節(jié)約空間的同時(shí)滿(mǎn)足居民生活需要。

1.2 剪力墻分類(lèi)

對(duì)目前情況進(jìn)行分析，根據(jù)剪力墻性質(zhì)可以將其分為下述幾種類(lèi)型：（1）實(shí)體墻。實(shí)體墻的承受載荷性能較好，同時(shí)具備良好的抗彎性能，通常情況下墻體不開(kāi)洞或者存在少量小尺寸洞口。（2）整體小開(kāi)口剪力墻。多數(shù)情況下，如果墻上開(kāi)口面積大于全部剪力墻15%，通過(guò)受力分析能夠發(fā)現(xiàn)，本來(lái)在洞口為直線分布的正應(yīng)力移動(dòng)到洞口兩側(cè)，雖然不會(huì)引發(fā)異常問(wèn)題，但是可能因?yàn)橥饬σ蛩貙?dǎo)致反向彎曲情況。（3）壁式框架。洞口尺寸較大，連梁線剛度同墻肢線剛度較為貼近的墻體便是壁式框架。

2.高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)原則

2.1 連續(xù)性

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，具有多種結(jié)構(gòu)形式，展開(kāi)工作前需要根據(jù)工程要求及施工環(huán)境選擇合理的結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑工程中十分常見(jiàn)，其主要作用便是提高建筑的整體承載性能。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循連續(xù)性原則，以防剛度變化導(dǎo)致建筑存在位移情況。在實(shí)際設(shè)計(jì)階段需要堅(jiān)持自上而下布置原則，以防剛度變化對(duì)工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響。

2.2 對(duì)墻體進(jìn)行受力分析

在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，還需要信息分析墻體混凝土應(yīng)力情況。作為一種建筑平面結(jié)構(gòu)，墻體壓力還包括水平剪力、彎矩及豎向壓力。因此在設(shè)計(jì)階段需要全面分析受力情況，重點(diǎn)研究剪力墻的自身應(yīng)力，進(jìn)而提高剪力墻使用效果。

2.3 墻體延性

在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要全面分析墻體的延性，墻體延性對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)具有一定的影響，因此如果設(shè)計(jì)質(zhì)量存在問(wèn)題，過(guò)高或者過(guò)薄，都會(huì)導(dǎo)致連接梁使用問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)張拉、彎曲等問(wèn)題，造成剪力墻結(jié)構(gòu)受損。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需要加強(qiáng)對(duì)剪力墻安全性能的重視，避免發(fā)生彎曲問(wèn)題。同時(shí)截面部分還需要設(shè)置一個(gè)孔，將墻體分為多個(gè)部分，形成連接墻，使剪力墻延性效果發(fā)揮作用[2]。

3.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在滿(mǎn)足剪力墻結(jié)構(gòu)成對(duì)、對(duì)稱(chēng)的原則下，通常需要沿建筑物主軸線進(jìn)行步驟，作為建筑物隔離墻。因此設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，制定科學(xué)合理的優(yōu)化方案。通過(guò)大量的實(shí)例研究，本文對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行分析，主要需要從下述幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)布置原則為沿主軸方向雙向布置，進(jìn)而成為空間結(jié)構(gòu)。因此高層建筑需要做好抗震設(shè)計(jì)，因此對(duì)剪力墻進(jìn)行布置的過(guò)程中，不能使用單向布置方法，使剪力墻空間增加，減少結(jié)構(gòu)重量，進(jìn)而有效提升其抗側(cè)剛度與承載性能。首先需要對(duì)剪力墻墻面進(jìn)行簡(jiǎn)單規(guī)劃，保證開(kāi)設(shè)洞孔的整齊，為后續(xù)形成梁提供便利，以防洞孔錯(cuò)開(kāi)、分布不平衡等情況，對(duì)結(jié)構(gòu)造成不利影響[3]。其次，在具體設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)符合墻體水平面內(nèi)剛度、承重性能等要求，基于位移、周期比等相關(guān)指標(biāo)，對(duì)墻體厚度加以明確。如果指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要繼續(xù)優(yōu)化，根據(jù)具體情況對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保其穩(wěn)定性以及高層建筑的整體安全性。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)配筋優(yōu)化

對(duì)高層建筑工程造價(jià)來(lái)說(shuō)，合理控制剪力墻配筋具有重要意義。分析過(guò)往高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下剪力墻配筋均根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的最小配筋率進(jìn)行配筋的構(gòu)造，因此需要對(duì)墻體厚度進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)剪力墻身鋼筋用量的有效控制。在正式施工前選擇合理、優(yōu)質(zhì)的材料十分重要，主要在于鋼筋材料的選擇，需要對(duì)其進(jìn)行檢查，保證其質(zhì)量性能達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)場(chǎng)投入使用。在選擇剪力墻結(jié)構(gòu)配筋時(shí)，需要確保材料符合工程測(cè)算及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，水平鋼筋需要設(shè)置在外側(cè)，垂直鋼筋需要設(shè)置在內(nèi)側(cè)，根據(jù)具體情況展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步降低成本。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，連梁是其十分重要的一種耗能構(gòu)件，對(duì)于抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，具有良好的耗散地震能量的效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員需要認(rèn)識(shí)到剪力墻的一大優(yōu)勢(shì)便是具備良好的抗震性能，因此對(duì)連梁彎矩和連梁剪力進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要保證兩者具有良好的可塑性和可調(diào)幅性。除此之外，如果條件允許，還需要適當(dāng)降低剪力墻連梁截面的高度數(shù)值。

因?yàn)檫B梁的主要作用為提高剪力墻高度以及連接墻肢，因此設(shè)計(jì)人員需要合理調(diào)整連梁的高度并進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，適當(dāng)減少連梁剛度，將高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能作為主要保障。在進(jìn)行折減計(jì)算的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)高層建筑具體情況，對(duì)減少值進(jìn)行合理控制，通常情況下需要將其控制在0.5 以上，并且在0.5～1.0這一范圍區(qū)間中，保證其最佳狀態(tài)。在具體調(diào)整過(guò)程中，因?yàn)槭艿狡渌蛩氐挠绊?，?dǎo)致連梁剛度減少也無(wú)法滿(mǎn)足預(yù)期目標(biāo)的情況，因此使剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能不合格，設(shè)計(jì)人員可以適當(dāng)減少連梁剛度，降低連梁高度，通過(guò)這一方法有助于減少地震對(duì)建筑物造成的影響[4]。

3.4 優(yōu)化平面布置

平面布置工作同剪力墻承載性能、剛度分布、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等關(guān)系密切，如果設(shè)計(jì)不合理可能導(dǎo)致承載力與剛度不符，或者結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等不良問(wèn)題，墻體存在程度不一的彎曲和變形。因此設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)對(duì)該部分設(shè)計(jì)工作的重視，根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及剪力墻設(shè)計(jì)方案，提高剪力墻平面布置工作水平，確保房屋結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)的規(guī)范性，保證綜合布局的合理性。除此之外，還需要全面優(yōu)化內(nèi)外墻體連接設(shè)計(jì)，確保墻體截面的規(guī)則性。

3.5 剪力墻層間位移比與最大位移比優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)建筑物遭受地震后產(chǎn)生的層間位移、扭轉(zhuǎn)變形等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)剪力墻垂直、水平構(gòu)件數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，禁止隨意更改構(gòu)件剛度，最大限度防止樓層間與剪切發(fā)生變形[5]。

3.6 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化

設(shè)計(jì)人員對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)是否合理進(jìn)行全面檢查。保證剪力墻剛度適宜，在符合樓層層間位移和層高比的前提下，將最小剪力系數(shù)作為比較，能夠保證計(jì)算結(jié)果符合規(guī)范值。同時(shí)還需要全面分析剪力墻連梁是否合理、底部軸壓比是否符合相關(guān)規(guī)范。合理選擇計(jì)算參數(shù)十分重要。首先，對(duì)周期折減系數(shù)進(jìn)行選擇。如果剪力墻結(jié)構(gòu)填充墻體較多，需要選擇0.9～1.0范圍內(nèi)參數(shù)；反之需要選擇1.0。主體結(jié)構(gòu)剛度大，填充墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響較小，反之同理。其次，合理選擇振型個(gè)數(shù)。前提條件為振型參與質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的90%。高層建筑地震作用振型數(shù)非耦聯(lián)，n ≥9，耦聯(lián)，n ≥15。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)今高層建筑對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈加普遍，如果剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，勢(shì)必對(duì)建筑的整體穩(wěn)定性和安全性造成影響。因此設(shè)計(jì)人員需要采取有效的措施，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、連梁設(shè)計(jì)、配筋選擇、平面布置等多方面出發(fā)，全面優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為工程的穩(wěn)定性提供保障，降低成本，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。