[摘要]本文從剪力墻的結(jié)構(gòu)類型及其特點(diǎn)、剪力墻的布置和數(shù)量、剪力墻墻肢分類以及連梁的設(shè)計(jì)等方面對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問題展開探討。
　　[關(guān)鍵詞]高層建筑；剪力墻類型；剪力墻布局；連梁設(shè)計(jì)
　　引言
　　高層建筑因其外觀挺拔、節(jié)約用地以及人口容載巨大等優(yōu)點(diǎn)越來越受投資者及建筑師們的青睞。剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑更是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)剛度大，在橫向荷載作用下水平位移小以及建筑室內(nèi)空間整體性好等特點(diǎn)，被普遍推廣和使用。
　　1高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的分類及其特點(diǎn)
　　1.1剪力墻結(jié)構(gòu)的分類
　　影響剪力墻分類的因素有如下幾項(xiàng)：剪力墻上是否開洞、洞口大小、洞口數(shù)量以及洞口位置等。根據(jù)以上影響因素，剪力墻結(jié)構(gòu)可劃分為5類，分別為：壁式框架剪力墻、整體小開口剪力墻、整截面剪力墻、獨(dú)立懸臂剪力墻以及聯(lián)肢剪力墻。在量化數(shù)據(jù)上，我們可以根據(jù)剪力墻完整性系數(shù)以及墻肢與組合截面（圖一）慣性矩n/I及肢強(qiáng)系數(shù)〔1〕來判斷。完整性系數(shù)是連梁抗彎線剛度和墻肢抗彎線剛度的比值，越大說明墻肢越弱、連梁越強(qiáng)，意味著剪力墻的完整性越高。
　　當(dāng)滿足≥10，n/I≤時(shí)，可判斷為整截面墻或整體小開口墻；當(dāng)≥10，但n/I≥時(shí)為壁式框架：滿足n/I≤，但<10時(shí)為聯(lián)肢墻；當(dāng)<1時(shí)為獨(dú)立懸臂墻。
　　1.2各分類的特點(diǎn)
　　（1）整截面剪力墻與整體小開口剪力墻：以上兩種形式的剪力墻均屬于完整度高的墻體類型（值高），并具有相近的受力特征，其形變曲線均為彎曲型。但兩者也存在區(qū)別：前者由于墻體不挖洞，整體受力特性一致，在水平荷載下彎矩不會(huì)出現(xiàn)突變以及反彎點(diǎn)，而后者則會(huì)出現(xiàn)彎矩突變的情況。
　　（2）獨(dú)立懸臂型剪力墻：與前兩種結(jié)構(gòu)不一樣，該種剪力墻墻面洞口較大，值很小，屬于墻肢強(qiáng)、連梁弱的類型。由于連梁極弱，所以其對(duì)墻肢的連接和約束作用很小，在水平荷載作用下極易發(fā)生彎曲，剪力墻剛度低、整體性差。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，如果有更好的選擇，此種形式的剪力墻盡量少用。
　　（3）壁式框架式剪力墻：跟上一種形式的剪力墻相像，壁式框架式剪力墻墻面亦開有較大的洞口，連梁的抗彎線剛度與墻肢的抗彎線剛度相當(dāng)，但其整體性比獨(dú)立懸臂型剪力墻好，值也較獨(dú)立懸臂型剪力墻高。壁式框架式剪力墻在受到較大水平荷載作用時(shí)，其會(huì)出現(xiàn)剪切型的變形，且出現(xiàn)反彎點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)亦不宜過多使用。
　　根據(jù)以上不同類型剪力墻特點(diǎn)的分析，我們可以作如下總結(jié)：在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為確保高層建筑較強(qiáng)的整體性以及較強(qiáng)的抗水平荷載能力，可以通過采用整截面剪力墻、整體小開口式剪力墻以及聯(lián)肢式剪力墻等值較高、整體性好的剪力墻類型。另外，如非建筑造型的迫切需要，我們應(yīng)盡量減少剪力墻面的洞口數(shù)量和洞口面積，以確保在水平荷載下不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)力突變以及反彎點(diǎn)。
　　2剪力墻的布置和數(shù)量研究
　　2.1剪力墻的布置
　　在剪力墻分類和及各類型特點(diǎn)明確之后，我們需要對(duì)剪力墻的在平面上的布置方法和原則進(jìn)行研究探討。剪力墻平面分布需要遵循幾個(gè)原則：均勻性原則、對(duì)稱性原則、分散性原則以及周邊圍合性原則。遵循以上原則，可確保：（1）剪力墻分散布置，可確保墻體數(shù)量不會(huì)過少，且每面墻體的剛度不需太大。（2）連續(xù)的墻體不會(huì)過長，且抵抗水平荷載的構(gòu)件增多，能有效分散外力的有害作用。（3）確保當(dāng)某部分墻體在外來作用下發(fā)生損壞時(shí)，建筑整體不會(huì)失穩(wěn)。
　　2.2確定剪力墻的厚度
　　根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻宜設(shè)置邊緣約束構(gòu)件：邊框柱和邊框梁。根據(jù)高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，帶邊框剪力墻的截面的厚度如下：（1）在考慮抗震防災(zāi)時(shí)，第一、第二等級(jí)的剪力墻，其底部作加強(qiáng)處理的部分厚度不能低于20厘米，同時(shí)亦不能小于建筑樓層高度的1/16；（2）在不涉及防震處理的的情況下，其厚度不應(yīng)小于16厘米，并不能小于建筑樓層高度的1/20〔2〕。
　　2.3剪力墻合理數(shù)量的確定
　　據(jù)研究和實(shí)踐表明，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻數(shù)量越多，建筑的整體性越強(qiáng)，抗震強(qiáng)度也越強(qiáng)，在地震發(fā)生時(shí)，建筑整體遭受的損害也越小。根據(jù)日本地震災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)每平方米樓面內(nèi)的剪力墻長度不足0.05米時(shí)，建筑損害最大；當(dāng)剪力墻長度在0.05-0.15米時(shí)，損害中等；長度大于0.15米時(shí)，損害微小。
　　剪力墻數(shù)量的確定應(yīng)按照建筑在水平荷載作用下的許可位移來確定，按照高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在一般要求下，框架剪力墻建筑最高點(diǎn)的位移與建筑高度的比值（u/H）不應(yīng)大于1/700；在建筑要求較高時(shí)，該值不應(yīng)大于1/850〔2〕。在滿足以上的水平位移控制的前提下，剪力墻的數(shù)量可以適當(dāng)調(diào)整。
　　3剪力墻墻肢分類
　　剪力墻的墻肢根據(jù)其截面“高厚比”（墻肢截面高度與寬度的比值）的不同，可分為4種形式，其分別為：普通剪力墻、短墻肢剪力墻、超短墻肢剪力墻以及柱形墻肢剪力墻。普通剪力墻的“高厚比”不小于8.0；短墻肢剪力墻的高度與厚度比在5.0-8.0之間；超短墻肢剪力墻的高度與厚度比在3.0-5.0之間。
　　（1）普通剪力墻：此種剪力墻特性優(yōu)良，抵抗側(cè)向荷載的強(qiáng)度高，能承受很大的水平方向荷載，在條件允許時(shí)，建議優(yōu)先使用。
　　（2）短墻肢剪力墻：由于其具有肢短的特點(diǎn)，在進(jìn)行建筑布置時(shí)，能有效減低墻體結(jié)構(gòu)的自身重量，應(yīng)用比較廣泛，但其抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，可用于整截面墻或整體小開口墻及聯(lián)肢墻的墻肢中，考慮到高層建筑的安全，其數(shù)量不宜過多，規(guī)范對(duì)其有嚴(yán)格的限制。
　　（3）超短墻肢剪力墻以及柱形墻肢剪力墻：該兩種類型的剪力墻由于墻肢更短，側(cè)向剛度更弱，因此抗震能力也更差，往往是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，故在整截面墻中不宜采用，但可以用于整體小開口墻或聯(lián)肢墻的墻肢中，因?yàn)橛休^強(qiáng)連梁約束，但如有可能，應(yīng)盡量將墻肢做的長一些。
　　4連梁的設(shè)計(jì)
　　在剪力墻的抗外力體系中，連梁起到重要的作用，其是調(diào)整剪力墻側(cè)向剛度和承載力的主要構(gòu)件，連梁剛度的設(shè)計(jì)應(yīng)該與墻肢相一致，不宜過大或過小。
　　在剪力墻設(shè)計(jì)中，要將聯(lián)肢墻設(shè)計(jì)成延性剪力墻，就必須讓連梁服從于墻肢，也就是說把受力體系設(shè)計(jì)成“弱梁強(qiáng)肢”的狀態(tài)。在受力計(jì)算時(shí)，為了能更準(zhǔn)確地確定連梁與墻肢的強(qiáng)弱關(guān)系，可根據(jù)高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定將連梁的跨高比控制在5以內(nèi)并根據(jù)墻肢長短適當(dāng)調(diào)整。在抗震設(shè)計(jì)中，高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：通過折減連梁的剛度或者調(diào)節(jié)彎矩，以達(dá)到縮減連梁剛度的設(shè)計(jì)值，從而實(shí)現(xiàn)降低連梁的承載能力的效果，并實(shí)現(xiàn)“弱梁強(qiáng)肢”。
　　另外，在設(shè)計(jì)墻肢較長的中矮墻或者矮墻時(shí)，按照經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求，我們應(yīng)通過開洞的方法，將矮墻或者矮墻時(shí)分割成“高長比”大于2的若干片墻段，每片墻段之間用弱梁搭接，通過這樣的方式，將各個(gè)墻段構(gòu)建成延性剪力墻系統(tǒng)。
　　總結(jié)
　　通過對(duì)高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)中若干問題的研究，將設(shè)計(jì)中存在的問題加以總結(jié)，對(duì)進(jìn)一步提高剪力墻高層建筑的穩(wěn)定性、抗震性以及使用的實(shí)效性有積極的促進(jìn)作用。合理的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將直接影響到建筑物的安全使用與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的高低。
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