淺論高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設計

 引言
隨著科技的進步以及建筑業(yè)的日益發(fā)展，對于民用建筑的要求也在日益提升，但是建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保證質(zhì)量的基礎，也是建筑結(jié)構(gòu)設計等方面的一個要求，尤其是建筑結(jié)構(gòu)安全性能以及抵抗自然界比較嚴重的自然災害情況。這就要求注重高層建筑中的建筑結(jié)構(gòu)運用和結(jié)構(gòu)設計方面的要求。作為高層民用建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設計無疑成為人們對于高層民用建筑結(jié)構(gòu)設計重視的一個方面，下文就高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設計方面進行簡要討論。
1 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設計
高層民用建筑物要受到垂直和水平兩個方向的力量，所以在建筑結(jié)構(gòu)的設計中所需要考慮的穩(wěn)定因素，不僅僅是水平與垂直兩個方向的力量，還要考慮抵抗自然界中由于地球板塊摩擦而產(chǎn)生自然原因的震動，但是由于低層建筑中水平方向的力量能夠產(chǎn)生的變形以及整體位置移動的情況可能比較小，所以一般設計中不會加以考慮，但是在高層民用建筑中，就是要應用剪力墻結(jié)構(gòu)來對抗可能將高層建筑整體穩(wěn)定性造成損害的力量，因為剪力墻不僅能夠承載比較強的水平以及豎直方向的力量，還能加大樓體的穩(wěn)固性能，在震動的情況下，也不容易發(fā)生變形，同時剪力墻結(jié)構(gòu)因為是整體承擔重力，不需要借助于其他結(jié)構(gòu)共同承擔力量，所以不容易變形，也不會有外在結(jié)構(gòu)暴露，對于房間整體的外觀，不僅具有美觀性，也利于后期的美觀裝修設計。在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為整體彎曲變形，底部外圍的小墻肢承由于豎向荷載較大，破壞嚴重，特別是一字形小墻肢的破壞最為嚴重?？稍黾咏ㄖ镏苓厜χL度或連梁高度來消除扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，從而使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度明顯增大。為了提高墻肢的承載力和延性，還需加強邊緣構(gòu)件配筋，增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，嚴格控制軸壓比。
2 剪力墻結(jié)構(gòu)設計方面的優(yōu)化
2.1 剪力墻的結(jié)構(gòu)設計上，最合適的就是要沿著一個方向設計，這樣的分部形式可以形成一個比較整潔的結(jié)構(gòu)范圍，但是，如果僅是在一個單一方向布置剪力墻，對于抵抗地震等自然情況是非常危險的，所以必須要保證同時有兩個方向可以受力，這樣不僅增加了穩(wěn)定性能，也可以在地震中減少傾斜等情況的發(fā)生，達到最好的工作狀況，剪力墻不僅擁有比較強的重力承載功能，在一定范圍內(nèi)也具有抵抗傾斜的強度，減輕建筑里其他結(jié)構(gòu)的重力分部，要在合理利用資源的情況下，布置合理。
2.2 在剪力墻上面設計門窗等能夠形成缺損的情況，要注意的是分部保證是有上下排列順序的，有秩序的成列排列，避免分部亂而無序，避免有錯誤建洞，以及重復建立錯誤洞口的情況發(fā)生，在設計中應該遵循穩(wěn)定安全的原則，注意剛度的分配。尤其要注意豎直方向重力分配要均勻合理。
2.3 在剪力墻上的空洞位置選擇上，一定要具有計劃性，可以根據(jù)數(shù)量將墻體劃分于不同段落之中，再進行平均分配，保證每兩個洞之間的距離是一定的，而在不同墻體之間還是要采用建筑材料進行相互之間連接，所有獨立墻面要控制好水平高度與截面高度之間的比例，避免墻面受到作用力的破壞，尤其需要針對可能受到的地震危害，設計時候更應該設計好剪力墻的設計結(jié)構(gòu)，并針對于不能達到設計要求的結(jié)構(gòu)有相應的應對措施。
2.4 剪力墻作為高層民用建筑中主要承重結(jié)構(gòu)，不僅要求具有在結(jié)構(gòu)特點上能夠應對于較大的壓力作用，并且要具有不易變形的特點。
2.5 對于剪力墻的結(jié)構(gòu)在空間上要與側(cè)面力量的形成有很大的影響，所以應該遵循先從下面開始依次向上，不能有間斷，尤其需要考慮的是建筑材料方面所能形成強度思維級別，所以剪力墻水平高度上的建筑應該是具有不能中斷的特點，這樣是在地震來臨時候最具有有效穩(wěn)定性的保護措施。
2.6 在對于剪力墻體結(jié)構(gòu)有建筑意向時，應該提前進行關于高層建筑整體方面的分析，在對于符合建筑各項數(shù)值的前提下，對于建筑的安全性能進行全方面的考慮，這樣對于剪力墻建筑的綜合分析后，開始就對于剪力墻有設計計劃。
3 剪力墻結(jié)構(gòu)計算方面的優(yōu)化
3.1 樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近（不小于）規(guī)范限值。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工程造價。
3.2 剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固。在剪力墻中有一個部分是由邊緣構(gòu)件來組成的，這個部分不同于一般的結(jié)構(gòu)之間連接，因為作為剪力墻墻身的一部分，他們之間的連接就可以成為同類構(gòu)件之間的相互連接，而剪力墻在水平方向用來抵抗地震震蕩作用的配件是分布筋，在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，應對于地震所采用的結(jié)構(gòu)都可以具有相對較好的能量消耗和保持穩(wěn)定性原則。
3.3 連梁的配筋。在剪力墻與剪力墻之間的連接結(jié)構(gòu)的梁柱子是一個耗費能量的結(jié)構(gòu)，由于這種中間結(jié)構(gòu)能夠把剪力墻抗震能力有所消耗，會使整個高層結(jié)構(gòu)都會構(gòu)造成不穩(wěn)定性的威脅，所以在設計方面就要考慮這些方面的內(nèi)容，成為設計時候所需要綜合考慮力量因素。
連梁截面的抗剪計算，對于跨高比大于2.5的連梁，其剪力設計值應乘以增大系數(shù)ηvb：一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1。剪力墻連梁的截面尚應滿足以下要求：
跨高比大于2.5時：v≤（0.2βcfcbbhbc）/rRE
跨高比不大于2.5時：v≤（0.15βcfcbbhbc）/rRE
3.4 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調(diào)整原則。震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在震中破壞嚴重。在設計時，要保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應，扭轉(zhuǎn)效應的計算應考慮偶然偏心的影響；在實際工程設計中，應將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿周邊布置，以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抗扭剛度。
3.5 計算結(jié)果的分析、判斷。應采用至少兩個不同力學模型的結(jié)構(gòu)分析軟件對不規(guī)則和復雜的建筑結(jié)構(gòu)進行整體內(nèi)力和位移分析，確定其可靠、合理之后，才可在工程設計中運用。
4 總結(jié)
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展，以及國民經(jīng)濟發(fā)展的不斷需求，建筑業(yè)也隨著科技的發(fā)展而產(chǎn)生了巨大的變化，建筑形式上也由多層逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔拥慕ㄖY(jié)構(gòu)，這不僅是對于現(xiàn)代建筑業(yè)的建筑技術方面以及建筑結(jié)構(gòu)方面的又一個建筑新篇章。在關于高層民用建筑的穩(wěn)定性，以及是否能夠應對地震方面，采取結(jié)構(gòu)上的抗擊地震所采取的結(jié)構(gòu)設計方面的措施，一直是居民和建筑設計者所重點關心的問題。而剪力墻結(jié)構(gòu)設計中理念以及在設計結(jié)構(gòu)中采用的優(yōu)化結(jié)構(gòu)措施，還有關于結(jié)構(gòu)設計中的關于剪力墻設計計算方面的優(yōu)化都在本文中逐一進行了介紹，結(jié)合本文通篇內(nèi)容關于高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設計方面的深化論述，我們可以了解到剪力墻的設計以及施工中的各個階段的狀況。