導(dǎo)語：剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)的分析與應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1高層建筑常見的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)

我國對高層建筑定義:“十層及十層以上的住宅建筑為高層建筑，除住宅建筑之外的民用建筑高度大于24m者為高層建筑(不包括建筑高度大于24m的單層公共建筑)［1］。”高層建筑常見的結(jié)構(gòu)體系有框架體系、剪力墻體系、框架-剪力墻體系以及筒體體系，前三類結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)如下。

1.1框架體系

框架體系由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載，具有較高的承載能力和較好的整體性;其平面布置靈活、可形成較大的空間，但在水平荷載作用下表現(xiàn)出抗側(cè)移剛度小，水平位移大的特點(diǎn)?？蚣荏w系的適用高度在地震區(qū)為6～15層，在非地震區(qū)為15～20層［2］。

1.2剪力墻體系

利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側(cè)力的體系稱為剪力墻體系，其實(shí)質(zhì)上是固結(jié)于基礎(chǔ)的鋼筋混凝土墻片，具有很高的抗側(cè)移能力。一般情況下，剪力墻體系樓蓋內(nèi)不設(shè)梁，樓板直接支承在墻上，墻體既起承重作用，又起圍護(hù)和分隔作用。剪力墻體系抗側(cè)力剛度大，整體性好，整齊美觀，抗震性能好，但由于其橫墻較多、間距較密，使得建筑平面的空間布置靈活性較差［3］。剪力墻體系常用于住宅、旅館等開間要求較小的高層建筑，其適用高度為15～50層［2］。

1.3框架—剪力墻體系

在框架體系的適當(dāng)部位增設(shè)一定數(shù)量的剪力墻，形成的框架和剪力墻結(jié)合在一起共同承受豎向和水平荷載的體系稱為框架-剪力墻體系，其側(cè)向剛度比框架體系大，大部分水平荷載由剪力墻承擔(dān)，而豎向荷載主要由框架承擔(dān)，因而用于高層房屋比框架體系更為合理;同時(shí)由于其部分位置設(shè)置有剪力墻，保持了框架體系易于分割空間、立面易于變化等優(yōu)點(diǎn)［4］;此外，其抗震性能也較好?？蚣堋袅w系常用于多層及高層辦公樓、旅館等建筑，其適用高度為15～25層，一般不宜超過30層［2］。

2計(jì)算機(jī)模擬建筑模型

計(jì)算機(jī)模擬建筑模型的建模參數(shù)如下:該建筑為單過道式輕質(zhì)隔音隔墻辦公大樓，不考慮剪力墻開洞以及隔墻的自重作用，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3.5kN/m2，可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012)取為取2.0kN/m2。結(jié)構(gòu)抗震等級為一級，場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為7度第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g?？v向軸網(wǎng)間距5m×10，橫向軸網(wǎng)間距5m+2.5m+5m，層高3m。框架體系中，柱截面尺寸500mm×500mm，梁截面尺寸分別為300mm×550mm，250mm×500mm;剪力墻體系中，剪力墻沿著軸網(wǎng)橫向布置，厚度500mm，連梁截面尺寸分別為300mm×550mm，250mm×500mm;板厚120mm。按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)規(guī)定，框架柱、框架梁、剪力墻和連梁的混凝土強(qiáng)度等級C40，現(xiàn)澆樓板的混凝土強(qiáng)度等級C30;框架柱、框架梁、剪力墻和連梁、樓板的縱向受力鋼筋均采用HRB400級，箍筋均采用HPB300級。模型實(shí)體如下圖所示(注:10層框架結(jié)構(gòu)為模型1，10層剪力墻結(jié)構(gòu)為模型2，20層框架結(jié)構(gòu)為模型3，20層剪力墻結(jié)構(gòu)為模型4)。

3模型計(jì)算分析結(jié)果

3.1位移分析

從計(jì)算結(jié)果中可以看出，所有模型的層間位移角都滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)中表5.5.1對鋼筋混凝土框架(θ≤［θe］=1/500)和抗震墻(θ≤［θe］=1/1000)中結(jié)構(gòu)彈性層間位移角的規(guī)定［5］。在結(jié)構(gòu)受力概念中可以假設(shè)剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)墻為若干個(gè)框架柱連接組合而成，由于圖1各樓層模型圖剪力墻的側(cè)向截面慣性矩比框架結(jié)構(gòu)較大，相對剪力墻結(jié)構(gòu)而言，框架結(jié)構(gòu)可看成柔性結(jié)構(gòu)，所以剪力墻的抗側(cè)剛度要比框架結(jié)構(gòu)較大，其每層的層間最大位移、層間最大位移角比框架結(jié)構(gòu)較小。從表中的最大位移和最大位移角還可以看出，所有模型的頂層都隨著地震作用而發(fā)生“鞭梢效應(yīng)”，即在地震作用下，高層建筑或其他建(構(gòu))筑物頂部細(xì)長突出部分振幅劇烈增大的現(xiàn)象［6］。在模型1和模型2中，雖然樓層剪力和樓層彎矩隨著樓層增加而不斷減小，但是樓層最大位移隨著樓層的增加而不斷增大，模型2的樓層最大位移比模型1的增大幅度較小;樓層的最大位移角是反映結(jié)構(gòu)樓層在水平地震作用下的重要技術(shù)性能參數(shù)，各層的最大位移角有增大、也有減小，但是模型2的樓層最大位移角變化幅度不大，幾乎都在1/9000。上述分析結(jié)果表明剪力墻結(jié)構(gòu)在地震作用下，其頂部發(fā)生“鞭梢效應(yīng)”現(xiàn)象比框架結(jié)構(gòu)較小。另外，從模型3和模型4的最大位移和最大位移角中可以看出，雖然模型3的頂部發(fā)生“鞭梢效應(yīng)”的現(xiàn)象比模型4較小，但是縱向比較模型2和模型4可以得出，同一種建筑結(jié)構(gòu)隨著樓層的增大，其發(fā)生“鞭梢效應(yīng)”現(xiàn)象更為明顯。

3.2受力分析

從計(jì)算結(jié)果中還可以看出，由于建筑結(jié)構(gòu)的底層直接與基礎(chǔ)相連，永久荷載和可變荷載從上而下傳遞到基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直接受到地基的地震作用，所以底層的剪力和彎矩是最大的，結(jié)構(gòu)的頂部雖然水平位移最大(可看成是外部靜定，內(nèi)部超靜定的懸臂結(jié)構(gòu))，但是頂部受到垂直傳遞的荷載以及地震作用的影響最小，所以其樓層剪力和彎矩隨著樓層增大而減小。橫向比較模型1和模型2、模型3和模型4，由于剪力墻結(jié)構(gòu)所分配的剛度和質(zhì)量比框架結(jié)構(gòu)大，導(dǎo)致其每層的地震慣性力比框架結(jié)構(gòu)大，從而其每層的樓層剪力、樓層彎矩比框架結(jié)構(gòu)大。

3.3綜合分析

根據(jù)以上位移和受力分析，可以得出隨著樓層層數(shù)增大，剪力墻體系所發(fā)揮出來的抗側(cè)向水平地震作用的優(yōu)越性越來越明顯。此外，上述模型都是沿著建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向布置剪力墻，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中，必須考慮結(jié)構(gòu)的抗縱向水平地震作用。相同截面尺寸，數(shù)量框架結(jié)構(gòu)的縱向、側(cè)向剛度可以看成相同，但是由于剪力墻截面在x和y方向的慣性矩差異很大，導(dǎo)致其不同方向的抗震剛度也差別很大，所以在剪力墻結(jié)構(gòu)中，除了在建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向布置剪力墻外，還需在其縱向布置剪力墻，以提高結(jié)構(gòu)的綜合承載能力、抗震性能和剛度。

4結(jié)束語

所有高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為剪力墻結(jié)構(gòu)并不一定合理，雖然剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向水平地震能力很高，但是其混凝土方量、單位體積的鋼筋重量比相同高度的框架結(jié)構(gòu)大得多，剪力墻結(jié)構(gòu)施工也需采用滑模等特殊的施工工藝;在實(shí)際設(shè)計(jì)中還需考慮到剪力墻的端柱、暗柱、連梁等構(gòu)造措施，這也比框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工復(fù)雜。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)通常為筏板基礎(chǔ)，大體積混凝土施工中必須考慮后澆止水帶、溫差應(yīng)力和溫度裂縫等。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對其建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)、建筑抗震設(shè)防類別、房屋所處位置、工程造價(jià)、施工工藝、施工難易程度、施工工期等進(jìn)行綜合分析和研究。

本文作者:陳功鮮金宏工作單位:成都紡織高等?？茖W(xué)校