高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

1、    高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析    付棟梁張良摘 要：剪力墻是高層建筑結(jié)構(gòu)體系中的重要組成部分，對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻設(shè)計的質(zhì)量控制工作具有一定的實際意義。文章主要討論了高層建筑剪力墻設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合實際工程案例，對其設(shè)計方法進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；設(shè)計從當(dāng)前剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀來看，受設(shè)計思想、建筑項目特殊要求等諸多因素影響，設(shè)計人員難以有效控制剪力墻設(shè)計的整體質(zhì)量，留下風(fēng)險隱患。因此要重視對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻設(shè)計的討論，為全面提高高層建筑質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計剪力墻設(shè)計中需要

2、注意的問題1.1 對剪力墻軸壓比限值的確定在剪力墻設(shè)計環(huán)節(jié)中，軸壓比限值是剪力墻設(shè)計的重要組成部分，不僅影響剪力墻的基本質(zhì)量，還對其抗震能力產(chǎn)生影響。目前，建筑行業(yè)一級三級的抗震等級剪力墻底部加強部位的最大軸壓比限值的計算公式為：在上述公式中，s代表剪力墻的最大軸壓比限值；fc代表混凝土軸心抗壓強度的理想設(shè)計值；a代表墻肢的全截面面積，單位為cm2；n代表墻肢重力荷載作用下的軸壓比設(shè)計值（在n參數(shù)的分析中，不考慮該數(shù)據(jù)與地震的作用）。1.2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)厚度的確定與配筋處理1.2.1 我國相關(guān)規(guī)定對高層建筑的剪力墻參數(shù)提出了十分明確的要求：當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的地震等級達(dá)到8度時，剪力墻抗震等級

3、要大于等于2級。在這一規(guī)定的影響下，相關(guān)單位在開展剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要保證剪力墻墻底的部分墻體厚度超過200mm。而在現(xiàn)代工程建設(shè)中，設(shè)計方對剪力墻的分析已經(jīng)有了較為完備的數(shù)據(jù)支持，其計算公式為：在上述公式中，b代表剪力墻的估算厚度值，單位為mm；q代表單位面積的荷載重量標(biāo)準(zhǔn)值，q=13.0+7（n-15）/20；n代表樓層層數(shù)；r代表軸壓比。1.2.2 我國高層建筑規(guī)范中明確指出：高層建筑剪力墻墻體配筋率要大于等于0.25%，而剪力墻的底部加強部分配筋率要大于等于0.3%。一般在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻的水平配筋的關(guān)鍵就是向墻體內(nèi)部加入水平分布的鋼筋，在經(jīng)過這種處理后，剪力墻等整體結(jié)

4、構(gòu)性能得到改善，自身的抗溫度應(yīng)力參數(shù)水平、抗脆性剪切力水平明顯提升。而一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需重視對高層建筑剪力墻的配筋處理，來最終保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際問題分析2.1 工程案例結(jié)構(gòu)簡介該項目是當(dāng)?shù)刂匾慕ㄖ椖恐唬w建筑高度約為74.16m，地上建筑結(jié)構(gòu)為25層，還設(shè)有兩層的地下儲藏室，工程等級為一級。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，該建筑項目采取框架-剪力墻結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)。但在建筑項目設(shè)計之初，考慮到建筑的主要功能為住宅樓，盲目的增加框架柱會影響室內(nèi)的整體空間結(jié)構(gòu)，因此在最后設(shè)計決策中，決定采取剪力墻結(jié)構(gòu)。2.2 剪力墻布置方案在該項目中，剪力墻布置方案主要考

5、慮了剪力墻的數(shù)量、剪力墻參數(shù)、布置位置等多種問題，而在考慮建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，其底部肩梁截面總面積約為樓層面積比的8.3%。同時，由于住宅建筑結(jié)構(gòu)特點十分明顯：受建筑外觀、使用功能等多種因素影響，建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取了不規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，并且豎向位置上因為下部缺乏足夠的大空間部位導(dǎo)致剪力墻會以連續(xù)的形式從下而上連續(xù)分布。針對這一要求，該項目在剪力墻平面布置設(shè)計過程中，適當(dāng)?shù)脑鰷p左右剪力墻與軸線上下剪力墻的尺寸，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)參數(shù)的控制。2.3 建筑材料2.3.1 總體設(shè)計思想。由于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)需要采用高性能的混凝土與鋼筋，但考慮建筑結(jié)構(gòu)安全性等因素后，設(shè)計人員確定了以下主要設(shè)計

6、思路：通過采取高強度混凝土控制建筑柱截面面積、通過高強度鋼筋減少配筋量。在該思想的指導(dǎo)下，設(shè)計人員在設(shè)計環(huán)節(jié)中盡量選擇能夠滿足強度、塑性、均質(zhì)性等要求的施工原材料。2.3.2 混凝土設(shè)計。由于混凝土強度變化會影響結(jié)構(gòu)自重、原材料使用率等諸多問題，并且使用強度過低的混凝土?xí)?dǎo)致建筑內(nèi)有效面積降低，一定程度上影響建筑的整體功能。我國高層規(guī)范中對混凝土的相關(guān)參數(shù)水平提出明確要求：高層建筑結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件要使用強度不低于c20的混凝土，且最高混凝土強度不應(yīng)大于c60。在相關(guān)規(guī)定的指導(dǎo)下，設(shè)計人員進(jìn)一步完善了該項目剪力墻的混凝土等級水平，基礎(chǔ)墊層采用c15，剪力墻柱梁板采用c30，構(gòu)造柱采用c25，基

7、礎(chǔ)混凝土采用c35。2.3.3 鋼筋材料設(shè)計。該項目在鋼筋設(shè)計中，優(yōu)先選擇抗壓強度等級高、可焊性能良好的鋼筋，并且在施工過程中始終遵循“承載力相等”的原則展開鋼筋配置。同時在最小配筋率選擇中，以強制的規(guī)范要求對鋼筋設(shè)計參數(shù)進(jìn)行確定，保證替換鋼筋的數(shù)量的科學(xué)性。在該項目中，主要鋼筋材料的信息如下：鋼筋采用hrb400和hrb300，焊條采用hrp335的e45和e50。2.4 荷載計算2.4.1 風(fēng)荷載計算。總所周知，風(fēng)荷載對高層建筑整體參數(shù)的影響十分明顯，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中要予以高度重視。該工程項目根據(jù)家長農(nóng)戶結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容展開風(fēng)荷載處理分析，取當(dāng)?shù)毓こ袒撅L(fēng)壓為0.35kn/m2

8、的標(biāo)準(zhǔn)值，其計算公式為：在上述公式中，wk代表風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kn/m2；z代表z高度處的實際風(fēng)振系數(shù)；w代表高層建筑的基本風(fēng)壓值（一般以當(dāng)?shù)氐膶嶋H風(fēng)壓為參考對象），單位為kn/m2；s代表風(fēng)載體形系數(shù)；z代表z高度處的風(fēng)壓變化系數(shù)。2.4.2 樓面荷載計算。該項目的樓面荷載問題主要是根據(jù)建筑方案的計算方案的計算參數(shù)進(jìn)行分析處理的，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按如下來進(jìn)行取值：對客廳和臥室取2.0，衛(wèi)生間和陽臺取2.5，前室和走廊取3.5，上人屋面取2.0，不上人屋面取0.5，雨棚和屋面板取1.0。2.5 設(shè)計結(jié)果分析該項目在剪力墻施工中，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開施工，并針對設(shè)計圖紙中的不清晰問題及時的與設(shè)計人員取得聯(lián)系。從后期監(jiān)理結(jié)果顯示，該項目的剪力墻質(zhì)量水平良好，能有效滿足該建筑承重的要求。3 結(jié)語總體而言，在高層建筑剪力墻設(shè)計過程中，需要嚴(yán)格遵照相應(yīng)的施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)展開管理，并結(jié)合工程的具體要求進(jìn)行控制，通過實現(xiàn)全范圍內(nèi)的建筑施工設(shè)計質(zhì)量管理，保證建筑剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量，為強化建