浅议高层建筑结构设计特点与剪力墙设计

浅议高层建筑结构设计特点与剪力墙设计【摘要】在高层建筑结构，剪力墙结构以及框架剪力墙结构中，墙肢与墙肢连接，框架柱与墙肢的梁称为连梁。一般情形下连梁具有截面大、跨度小，且与连梁相连的墙体刚度非常大等特点。如果在地震荷载和风荷载的作用影响下，连梁的内力会更加强大。本文主要分析了在高层建筑结构设计特点与剪力墙连梁设计中应当注意的一些问题。文章介绍了高层建筑的设计特点，并以高层建筑结构设计理论作为基础，分析了高层建筑结构体系的类型，因而得到高层建筑分析结论以及设计方法，最后分析讨论了高层建筑剪力墙设计的抗震结构分析等问题。【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计中图分类号：TU208.3文献标识码：A文章编号：引言：改革开放之后，随着我国综合国力的提高与经济水平的快速增长，我国各大城市都新建了许多高层建筑。因为我国生产钢产量排在世界前列，并且混凝土的使用量也位居世界第一，这些都为今后高层建筑的发展了提供了良好的物质条件基础。当前在我国内地高层建筑中，仍然是以高层住宅（1230）为主体，大约占所有高层建筑的80%，因此钢筋混凝土高层建筑依然具有很大的优势。文章就高层建筑的结构特点与剪力墙设计特点共同进行分析，总结了高层建筑结构特点体系类型，最后并介绍了抗震设计与剪力墙设计在高层建筑中的运用。高层建筑的特点在同一块建设场地上，如果建造高层建筑就能够获得更多的建筑面积，这样就可以解决部分城市地价高涨和用地紧张等问题。而且将高层建筑在外貌上设计的精美一些还可以增加城市的景观风貌，比如上海的东方明珠和马来西亚的首都石油大厦等。然而高层建筑过多、过于密集了就会造成城市的热岛效应，与此同时玻璃幕墙过多的高层建筑群也会导致光污染现象。在建设场地面积和建筑面积相同比值的情形下，建造高层建筑相对于多层建筑可以更多的提供空闲地面，然后把这些空闲地面用于休息场地或绿化，既有利于环境的美化，又有利于采风、通风效果以及带来更充足的日照。比方在新加坡新建的居住区中，因为合理的建造高层建筑群，因此留下了许多空闲地面，还能够为人们提供更好地休闲活动空间和绿化面积。高层建筑结构中的竖向交通通常是由电梯来完成的，这就会使得建筑物的造价成本有所增长。从建筑防火的安全角度来看，高层建筑的防火要求远远地高过中低层建筑的防火要求，因此也会使高层建筑的运行成本和工程造价提高。二、高层建筑结构体系的特点随着高度和层数的增加，水平作用对高层建筑结构安全性能的控制更加明显，包括风荷载和地震作用。高层建筑的抗侧刚度、承载能力、抗震性能、造价高低以及材料用量，与其采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的高度、层数及功能。框架结构体系框架结构体系通常用于钢筋混凝土结构和钢结构中，由柱和梁通过节点形成承载结构，灵活布置框架的建筑空间，室内空间比较大，使用起来也比较方便。因为框架梁柱的截面较小，刚度较低，抗震性能较差，建筑高度受到限制；如果是剪切型变形，也就是层间侧移会随着层数高度的增加而减小；框架结构主要用于层数较少、不考虑抗震设防的高层建筑中。但是在需要考虑抗震设防要求的建筑中，框架应用得并不多；一般高度都控制在70m以下。剪力墙结构体系剪力墙结构体系就是利用建筑物墙体作为抵抗水平荷载的、承受竖向荷载的结构体系。剪力墙结构体系常用于钢筋混凝土结构中，其竖向荷载和水平作用全部由墙体承受。现浇钢筋混凝土型剪力墙结构的刚度大，整体性好，承受水平荷载作用时侧向变形小，容易满足所要求的承载力和层间唯一比限值；剪力墙结构体系中的主要不足之处就是平面布置不灵活，剪力墙间距不宜太大并且不能满足一般高层建筑的使用要求。除此之外，剪力墙结构自的自身重力往往也相对较大。当剪力墙的高宽比相对较大时，侧向变形是弯曲型，是一个受弯为主的悬臂墙，随着层数的增加层间侧移会随之增大。剪力墙结构在旅馆以及住宅建筑中应用得较为广泛。所以这种剪力墙结构也适合于建造相对较高的高层建筑。按照施工方法的不同，大致可以分为：全部用预制墙板装配形成剪力墙；全部现浇剪力墙；外墙为预制装配、内墙现浇的剪力墙。在承受水平力的作用时，剪力墙就相当于一根嵌固在下部的悬臂深梁。也就是说剪力墙的水平位移是由剪切变形和弯曲变形两个部分组成。高层建筑的剪力墙设计结构是以弯曲变形为主，它的位移曲线呈弯曲状，其特点是随着楼层的增高结构层间位移也相应增加。三、高层建筑中剪力墙连梁设计的建议在高层建筑过程中，连梁和墙肢的协同工作时，剪力墙应当满足足够的强度和刚度。在正常的风荷载以及使用荷载共同作用下，剪力墙结构一般处于弹性工作状态，这时连梁不会产生塑性铰。当发生地震时，在地震作用下，剪力墙连梁结构允许进入弹塑性状态，并且连梁还可以产生塑性铰。按照抗震设计所规定总则，其要求建筑物在遭遇的地震强烈强度低于本地区设防烈度的地震作用时，通常不需修复或不损坏仍可继续使用，当遭遇到的地震强度高于本地区设防烈度的罕遇地震的时候，不会倒塌或者是发生危及到生命的严重破坏。所以，设计剪力墙时应当考虑保证不发生剪切破坏，也就是要求在设计连梁和墙肢时得符合强剪弱弯的原则，与此同时还要求墙肢的屈服要晚于连梁的屈服，并且要求连梁和墙肢具备优良的延伸性。所以在实际建筑过程中连梁设计要能够满足强剪弱弯的原则，因此需要考虑以下几点：（一）关于连梁刚度的折减连梁因为与相连的墙肢刚度大且跨高比小等原因，加上在水平作用力下的内力通常很大，连梁屈服的时后主要表现为梁端产生裂缝，内力重分布，刚度减弱。所以在进行计算结构整体设计时，就必须对连梁刚度要求进行折减。（二)增加连梁跨度减少高度在连梁设计时刚度发生折减后，依然有可能使连梁发生斜截面受剪承载力或者正截面受弯承载力不够，这种情况可以通过增加洞口的宽度从而减少连梁的刚度。从整体上减少了结构的刚度，也就使得受地震作用的影响得以降低，保证连梁的承载力尽可能的不超过上限。但是只有部分连梁超限或超筋的情况，因当采取适当调整连梁内力的方法，此时调整的幅度大小不宜超过20，还有一点就是必须要满足连梁“强剪弱弯”的要求。（三)增加剪力墙厚度所谓增加剪力墙厚度也就是增加连梁的截面宽度，其目的主要是加大整体结构的刚度，增加因地震作用影响而产生的内力。除此之外连梁受剪承载力与连梁的宽度成正比例增加，因为增加连墙的截面宽度之后，受地震作用增加所增大的内力并不依据墙厚度的增加而按比例分配给整片剪力墙，实际上是低于这个比例的，所以使得连梁的受剪承载力一直维持在正常范围内。（四）提高混凝土等级提高混凝土的等级之后，高层建筑剪力墙结构的受地震作用影响所增加剪力的比例远远要小于混凝土所受到的受剪承载力提高的比例，从而保障连梁受到的剪力不超过的受剪承载力范围。（五）由风荷载控制的高层如果在设计过程中对连梁折减了整体刚度之后，依旧出现抗剪承载力不够或受弯的情况时，就不适合再去调整连梁的内力，而是应当采取以下处理措施：1适当增加剪力墙的数量，从而减少每片剪力墙所承受的水平力。2增加连梁截面宽度也就相当于增加剪力墙的厚度，既提高了连梁的抗剪能力又提高了剪力墙的刚度。3适当拓宽洞口宽度从而加大连梁跨度。结束语高层建筑结构设计是一项集数学优化方法，结构分析和计算机技术于一体的综合性较强技术工作，而且还是一项对国家建设发展有着重大意义的工作。与此同时，高层建筑结构还是一门实用性能特别强的工作学科。做好高层建筑的结构设计与剪力墙设计的各个方面的融合