高层剪力墙结构楼层位移角的控制策略

程周

摘    要：高层建筑在收到外界影响时会出现楼层位移角，本文就研究如何控制位移角，保证建筑物的安全性。首先分析了位移角的优化原则，然后根据实例，研究了高层建筑X方向和Y方向剪力墙的设计，帮助设计人员更好地设计位移角。

关键词：高层建筑;剪力墙结构;楼层位移角;控制策略

1  引言

高层建筑收到地震影响和风力的作用，可能会出现楼层位移的情况。为了保证建筑物的安全，就必须要控制位移角。因此，需要对高层剪力墙结构进行优化，提升结构的强度，防止位移角过大。

2  剪力墙结构体系优化的原则

对剪力墙进行优化的时候，需要从三个方面进行分析，首先需要分析剪力墙的结构抗震、亢奋能力，要充分发挥剪力墙抵抗水平载荷作用的能力。其次，要让剪力墙的材料力学性能被充分发挥，保证剪力墙的材料力学结构能够更加合理，提升剪力墙的力学结构效果。最后，还需要分析剪力墙的成本，进行综合型的优化设计。

2.1  剪力墙有适宜的刚度

剪力墙的体系当中，剪力墙是关键的抗震构件，但是剪力墙自身应该有多强的刚度，是建筑中需要处理的问题。根据多年的经验，如果剪力墙的刚度比较大，那么地震对剪力墙损害就会比较小，然而，如果过度提升剪力墙的刚度，就会导致建筑的建设成本变得非常高，不利于成本控制[1]。为此，就需要平衡建筑物的剪力墙的数量，保证剪力墙能够有合适的数量，而且不回成本过高。

剪力墙的合理数量主要来自于两个因素，要控制好结构的水平位移，需要满足《高层建筑混凝土结构技术规程》，根据对水平位移其中对水平位移极限值的要求进行考虑。其次需要控制地震力，在地震力计算值偏小的情况下，可能会出现结构顶点位移满足要求的情况，然而实际上并不安全。

2.2  减少短肢墙的数量

高层住宅的剪应力墙结构的侧向刚度取决于剪力墙的侧移刚度，通过调整剪力墙结构的布置方案，调整剪力墙机构的布置方案。应该尽量选择墙肢长度表较长的剪力墙，而且剪力墙的两端和翼墙连接，并且减少小墙肢和短肢墙的数量。这样优化能够让剪力墙具有更高的抗侧移刚度，并且能够在满足规范层间位移角的角极限值的情况下，减少剪力墙的数量。而且，使用截面高度比较大的墙肢，能够减少剪力墙中开洞的数量，并且能够降低剪力墙截面两端约束构件的数量，有效降低安装的构造筋面积，保证经济效益。

2.3  控制墙肢长度的差异

在调整剪力墙的结构方案时，应该减少墙肢长度的差异，保证每一片剪力墙能够在收到震动时有均匀的受力作用[2]。通过这种方法能够避免出现剪力墙发生墙肢超近的情况，时也能够保证剪力墙的构造符合各种剪力墙片的要求，让剪力墙能够具备更高的侧向荷载，发挥出剪力墙中钢筋结构的作用，提升建筑物的抗震性。

2.4  合理的给剪力墙开洞

高层的剪力墙结构当中，出了必须要给门窗开洞之外，还需要根据结构布局， 房屋结构的情况，对方案进行合理的设置。为此，必须要充分优化设计方案，建筑的内部要以长墙为主，并且减少建筑内部洞的数量，让剪力墙能够充分发挥作用。所有的开洞，都要充分考虑到结构的合理性，减小肢墙长度的差异，保证在地震的时候，各个墙面的手里都比较均匀。

2.5  做好短肢墙和箍筋和水平钢筋的合并

短肢剪力墙的截面高度很小，由于约束边缘条件，导致占据比较大的范围，这就造成剪力墙两端如果约束件边缘长度以内设置箍筋和拉筋之后，如果再设置水平分布的钢筋，就会导致水平箍筋出现大面积的重叠，从而导致严重的浪费。所以，对于截面高度较小的短肢剪力墙，需要沿着墙肢的截面设置一定数量的钢筋，让剪力墙的栽面两端钢筋水平分布。

3  高层建筑剪力墙结构的优化设计案例

3.1  工程概况

某建筑为某工程的7号楼，该楼设计的防震强烈度为7度，场地类型为Ⅲ类，建筑采用了剪力墙结构。基本风力压力为0.9kPa，地表的粗糙程度为B类。建筑的X方向的长为44m，Y方向的最大宽度为18.2m，最小宽度为10m，总高度为100m[3]。

3.2  层间位移角的调整工作

经过对建筑墙体布置，为了保证建筑物在两个方向能够具有相同的动力特性，由于Y方向属于建筑物的薄弱方向，所以Y方向就要布置更过的剪力墙。之后，使用软件进行计算，计算时嘉定采用了全楼面刚性楼板。经过计算，该楼在经过地震的作用后，层间的位移角能够满足规范的要求，但是由于风载荷的作用，位移角并不会满足要求。X向最大的层间位移角在楼的第13层出现，为1/1572，满足设计规范的要求;但是Y方向最大的位移角出现在了24层，为1/912，并不能满足设计规范的要求。因此需要对建筑的层间位移角的风载荷进行控制。

Y向的层间位移角和规范有很大的差距，并不能通过局部调整来满足规范要求，所以必须要采取一定的措施来提升整个结构的侧向刚度。为此，是首先需要调整Y方向剪力墙的结构布置，通过增加Y方向剪力墙的数量提升刚度;其次需要避免高层建筑中剪力墙存在一字墙，也要尽可能避免出现短肢一字墙，所以Y向剪力墙需要做成T形或者L形。为了进一步避免一字墙的出现，需要将剪力墙的抢断做成柱式。由于建筑平面外侧的剪力墙对整体刚度有着更加明显的作用，所以必须要提升Y方向的剪力墙的整体刚度。由于Y方向存在剪力墙的建筑洞口，因此剪力墙不能在Y方向分段，并且要保证各个墙段之间用高粱连接，保证各个墙段之间能够有足够的刚度。

风载荷作用下，可以不考虑连梁刚度的减少，所以X向和Y向并不是孤立的，而是存在相互的联系的，并且也有着相互作用。为此，需要减小Y轴和Y向剪力墙相连的X向剪力墙的长度，以便能够提升Y向剪力墙的刚度，从而让Y向的位移角可以降低。

为了让整体结构更加稳固，可以加强外围的L形墙体在X向的短肢厚度，以及连接L形墙体之间X向连梁或者梁的宽度。这样能够让Y向具有更强的刚度，但是X向连梁或者梁高的增大并不会影响到Y向的位移角。还需要增加建筑物外围Y向剪力墙的厚度，重点提升和X轴较远的Y向剪力墙，从而获得最好的效果[4]。

3.3  效果分析

为了让Y向外侧剪力墻具有更高的刚度，Y向的各个分段的剪力墙之间的梁高可以更高，这样可以降低刚度的损失。X向和Y向的剪力墙是存在联系的，并且在建筑外侧有着更加明显的相互作用，所以必须要保证X想剪力墙具有足够的刚度，从而提升Y向剪力墙的刚度。通过增加建筑外围X向的L形剪力墙的厚度，并且增加两个短肢墙的宽度，就可以很明显地提升Y向的刚度。通过改变建筑外围Y方向的剪力墙的厚度，也能够有效改变层间的位移角。改变层间位移角不能满足要求时，通过改变剪力墙混凝土强度等级也可以降低Y方向的位移角。

4  结束语

为了控制高层建筑的位移角，需要做好剪力墙的结构设计，通过提升Y方向剪力墙的刚度，以及X方向的剪力墙和Y方向相配合，提升建筑物整体结构的强度。还可以通过提升混凝土强度的方法，降低位移角，保证建筑的稳定性。

参考文献：

[1] 张品乐，刘俊雄.短肢剪力墙损伤累积性能试验研究[J].四川建筑科学研究，2019（2）：28～30+47.

[2] 安贺舜，周德源.预制装配式剪力墙钢筋连接方法研究进展[J].结构工程师，2018（6）：158～167.

[3] 白若冰.高层剪力墙结构楼层层间位移角的控制策略[J].建筑结构，2018（24）：63～69.

[4] 刘仲伟.钢筋混凝土高层建筑结构地震易损性研究[J].国际地震动态，2018（11）：48.