高层建筑结构设计特点与剪力墙设计分析

2015-04-16熊君明

建材与装饰 2015年30期

关键词：侧力墙面剪力墙

熊君明

（深圳市建筑设计研究总院有限公司　广东省　深圳市　518000）

高层建筑结构设计特点与剪力墙设计分析

熊君明

（深圳市建筑设计研究总院有限公司广东省深圳市518000）

随着我国人口的不断增多，我国的建筑行业也越来越呈现出蓬勃发展的态势。我国高层建筑不断崛起，在城市中已经占据着主要的地位。在高层建筑建设中，剪力墙的设计是非常重要的一个方面。本文对高层建筑的结构特点以及结构分析，剪力墙各方面的设计要点进行了详细的分析，对提升高层建筑的建筑质量以及建筑水平具有重要的作用。

高层建筑；结构设计；剪力墙

进入新的发展时期，我国的高层建筑的数量以及规模不断增加。高层建筑的剪力墙和低层建筑相比，建筑受力的情况更为复杂，因而在具体的设计过程中，设计人员以及施工人员都要进行精细的设计以及周密的施工。要建成一座优秀的高层建筑，建筑人员需要根据建筑的结构特点以及剪力墙设计的具体情况进行施工，从而真正的提升建筑的施工水平。

1　高层建筑的结构特点

1.1轴向变形

高层建筑的属相何在经常处于一个很大的数值，这样大的负载就很有可能使建筑的柱体产生极大的变形，进而使梁支座的负弯矩值变得更小，跨中正的弯矩与端支座的负弯矩的数值也会随之逐渐变大，从而对连续的梁的弯矩以及预制的构件长度造成一定的影响。因此，在进行建筑的施工时，施工人员一定要根据建筑的轴向的变形的具体数值，对建筑的下料进行相应的调整。另外，施工人员也要注意侧移以及构件的一些影响，并且要充分的考虑到建筑竖向的变形的影响，以保证建筑的质量以及安全。

1.2结构延性

由于高楼建筑和低一些的楼房建筑相比，结构更为柔软，所以如果建筑发生了地震，高层建筑物的变形也会更大。施工人员为了避免建筑的倒坍现象，保证建筑具有更强变形的能力，可以在建筑的结构上进行相应的调整，从而实现建筑结构延性的提升。高层建筑只有保证了足够的结构延性，才能真正的保证建筑的稳定性以及安全性。

1.3侧移

在高层建筑的设计中，建筑结构的侧移是建筑设计不可忽视的因素。随著建筑层数的逐渐增多，建筑高度的逐渐增大，建筑在水平方向的侧移也会不可避免的越来越大。因此，高层建筑在进行设计的时候，一定要充分的考虑到建筑的侧移因素，将之控制在一定的范围之内，从而保证建筑的安全与稳定。

1.4水平荷载

在高层建筑里，建筑的水平荷载是建筑设计非常重要的一个因素。高层建筑的自重以及楼面的荷载在构件中的弯矩以及轴力的数值和楼房的高度构成正比，水平荷载的倾覆力矩以及竖向的构件的轴力的数值和楼房高度二次方构成一定的正比。在进行建筑设计时，建筑人员一定要根据建筑的具体情况以及建筑各要素之间的相互作用，对建筑进行合理的设计，要保证相关的建筑数值要随着建筑结构的动力而有所变化，从而保障建筑在水平荷载上的承载能力以及抗震能力。

2　高层建筑的结构分析

2.1小变形

在高层建筑进行分析的时候，很普遍的一种方法是进行小变形的假定。在进行的假定的过程中，设计人员会对几何的非线性的问题进行研究。另外，当建筑顶点的水平位移和建筑高度的比值大于五百分之一的时候，非线性的效应就绝对不能再进行忽视。在对高层建筑进行施工的时候，施工人员一定要对建筑结构的变形给予相应的重视，从而保证建筑的安全，保证建筑的正常使用。

2.2刚性楼板

在很多高层建筑进行结构设计的时候，设计人员一般都是假定建筑楼板的刚度处于一个无限大的程度，而建筑平面的刚度则一般是进行忽略。这种假定的方法可以极大的减少建筑的位移，并且简化位移的计算方法，为空间的薄壁杆的计算提供良好的条件。在对高层建筑进行设计的时候，剪力墙以及框架体系对于这种刚性楼板的假设是比较适用的，但是对于建筑的竖直方向的刚性的突变的现象，建筑的抗侧力一般来说间距都比较大，建筑的层数也比较小，建筑的底部以及顶部的位移也会更加的明显，这就要求设计时一定要结合具体情况进行分析，不能进行盲目的假定。

2.3计算图形

在对高层建筑的整体结构进行分析的时候，可以有多种计算图形的方式，包括一维、二维以及三维的协同的计算分析等。

在对一维进行分析的时候，设计人员要对抗侧力的构件在水平位移上的变形进行科学合理的变协调。设计人员可以将建筑的结构简化成水平力的抗侧力的结构。另外，对于刚性楼板，由于楼面的抗侧力的侧移一般来说都是相等的，设计人员可以构建一维的协同分析，并且在建筑构件转角数值一样的情况下，构建最基本的方程公式。一维的计算是最常用的计算方式。

建筑的设计人员在进行二维的协同分析的时候，除了要将单侧的抗侧力在平面上进行分析，而且也不能忽视同层的楼面在各抗侧力的变形问题。设计人员在计算时，要将纵横两个方向的抗侧力进行共同的计算，并且也可以引入刚性楼板自由度的概念，利用位移和外力平衡方程进行具体的求解。

建筑设计最全面也最复杂的一种计算方法就是三维的计算方法。三维的计算方法是在二维计算的基础之上，不仅要充分的考虑楼面的位移，而且不能忽视构件抗侧力平面的刚度以及扭转的刚度，极大的完善空间的工作性能以及筒体结构。三维的计算方法需要对单元每个节点的自由度进行分析，并且按照相关的理论对杆端的节点以及截面的翘曲进行控制。

3　剪力墙设计分析

剪力墙是高层建筑中最为常用的一种设计结构，它因为具有承载力比较强、抵抗力比较大以及用钢量比较少等特点，经常在高层的旅馆或是居民住宅中得到广泛使用。在具体的建筑设计中，客房和居室之间的空间一般来说都比较小，因此施工人员需要建设一些墙面来进行空间的分隔。这些分隔墙大多就是利用现浇的剪力墙的技术，具有很大的实用性以及经济性。

3.1剪力墙边缘设计

一般来说，矩形截面的剪力墙的结构延性要比槽形的截面的要差。在进行建筑的计算的时候，设计人员可以增加墙截面边缘的约束力，从而有效的提升墙面的结构延性，提高剪力墙的抗剪能力以及水平剪力作用。另外，建筑在进行设计的时候，人们也要在墙端的位置设置暗装，并且要将暗装的截面的数值进行规范，以防止建筑问题的发生。

3.2剪力墙配筋设计

剪力墙的水平布筋主要是为了防止墙面发生裂缝造成剪切破坏，并且可以抵挡温度对混凝土的影响。在对配筋进行设计的时候，建筑物如果比较长或是比较高，施工人员在进行配筋的选择时，对于建筑连梁以及对温度刚度变化比较敏感的部位一定在配筋的数量上进行适当的增加。而对于长度比较短，高度比较低的房屋，配筋的数量则可以进行适当的减少。

剪力墙的竖直方向的钢筋主要是用来抗弯，在多层以及低高层的剪力墙里的配筋经常是扣除了墙面边缘的钢筋。在边缘的钢筋配件中，墙面的竖直方向的配筋要保障间距不大于300mm，并且由于竖直方向的钢筋太多，也会使墙面抗弯的强度也会比抗剪的强度要大，这样对于建筑的抗震极为不利。

3.3剪力墙墙面设计

剪力墙由于结构的刚度比较大，受温度影响也比较大，所以对建筑的屋面以及楼面造成的影响也比较的大。一些长度比较长的剪力墙有时会有变形甚至裂缝现象的发生，主要就是由于剪力墙结构复杂，混凝土收缩产生变形，并且建筑的施工条件也难以控制，墙面受到的拉应力不够而导致建筑问题的发生。

当墙面发生裂缝的时候，由于剪力墙的结构以及使用状况比较的复杂，处理起来也比较的麻烦，因而对社会的不良影响也会比较的大。但是，在目前极大的市场需求下，建筑工程大部分都要进行赶工以及加班，速度的提升必然会导致质量的下降。由于在建筑施工中，混凝土的使用量一般来说都比较的大，如果再加上强度的提升，就会使拉应力变得更大，从而导致裂缝的发生。另外，在进行施工时，混凝土如果要进行泵送施工，就一定要增加水泥的使用量，减少骨料粒径以及中等以及粗等骨料的含量。如果混凝土的配比以及送料的过程处理不好，加大了建筑结构的收缩，建筑就极容易有裂缝现象的发生。因此，在进行剪力墙的设计的时候，施工人员一定要尤为重视建筑的建设过程，从而避免以上这些建筑问题的发生。