论高层建筑剪力墙结构设计

　　摘要:随着社会的不断发展与进步,重视高层建筑结构中的剪力墙结构设计具有重要的意义.本文主要简单探讨高层建筑结构设计中的剪力墙结构设计中的有关问题.
　　关键字:高层建筑剪力墙结构布置参数控制
　　引言
　　随着经济的发展。现代都市的城市化建设得到长足发展．高层建筑在城市土地日益紧张的今天更是得到了投资者的青睬。在高层建筑中，剪力墙结构因其结构刚度大、空间整体性好，在水平力作用下侧向变形小。有利于避免设备管道与非结构构件的破坏，因而得到了广泛的应用。
　　1.剪力墙的概述
　　在建筑结构中，既承担竖向荷载，又承担水平荷载或地震作用的墙体就是剪力墙，也叫做抗震墙。从高层建筑结构来看，钢筋混凝土是一般剪力墙采用的主要墙体材料，多层建筑的抗震墙亦也可以采用砌体砖墙。根据剪力墙结构布置形式可分为框架剪力墙结构，剪力墙结构，短肢剪力墙结构，部分框支剪力墙结构，框筒结构，筒中筒结构，板柱剪力墙结构六大结构体系。
　　2.剪力墙的分类及受力特点
　　(1)一般剪力墙的墙肢截面高度uh和厚度ub之比大于8；短肢剪力墙的墙肢高度与厚度之比为5～8。
　　(2)一般剪力墙根据墙面开洞大小情况，分为整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。它们的受力特点如下：
　　①整截面剪力墙。当剪力墙不开门窗洞口或虽开有洞口，但洞口很小时(洞口面积不大于剪力墙总面积的15%、且洞口间净距及洞口至墙边的净距都大于洞口长边的尺寸)，把其看作整截面墙。此时，它们的受力性能犹如一悬臂杆，截面上的正应力仍符合平截面假定，在墙肢的高度上，弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主。
　　②整体小开洞墙。当剪力墙上的门窗洞口沿竖向成列布置，洞口的总面积虽超过了墙总面积的15%，但总的说来洞口仍很小时，称其为整体小开口墙。它在荷载作用下，在连梁处的墙肢弯矩图有突变，但在整个墙肢的高度上，没有或仅在个别楼层中才出现反弯点，整个剪力墙的变形曲线仍以弯曲型为主。
　　③双肢剪力墙。此类剪力墙上的门窗洞口尺寸较大，则整个剪力墙截面上的正应力已不再成直线分布，其变形曲线与整体小开口墙相近，仍以弯曲变形为主。
　　④壁式框架。当剪力墙具有多列洞口，且洞口尺寸较大，特别是当洞口上连梁的线刚度大于或接近于洞口侧边墙肢的线刚度时，则剪力墙的受力性能已接近于框架，宜按带刚域的“壁式框架”进行设计。此时，在水平荷载作用下其柱的弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数的楼层中都出现反弯点，整个框架的变形以剪切型为主。
　　(3)剪力墙的墙肢截面高度wh与厚度wb之比小于5时，称为小墙肢。其中，当之比≤3时，宜按框架柱进行截面设计。
　　3.进行合理的结构布置，提高高层建筑剪力墙的抗震性
　　高层建筑剪力墙的结构布置是否合理、质量高低等，直接影响着高层建筑物剪力墙的抗震性能。科学、合理的结构布置，是剪力墙结构安全、经济的先决条件。进行结构布置时，主要有两个方面：概念性总体布置和操作性细节布置。
　　（一）概念性总体布置如下：
　　(1)合理进行平面布置
　　一是高层建筑剪力墙结构平面形状应该尽量保障其规则、简单、对称,具有分布均匀的承载力和刚度，一些不规则的平面形状则不宜采用,以便最大限度地减少扭转对其的影响；二是必须考虑到风压对其的影响，确保其对于纵向荷载和水平荷载具有较强的抗击力。
　　(2)合理进行竖向布置原则
　　一是竖向布置应确保墙体造型规则、均匀,尽可能地避免有较大的内收和外挑,以免使抗侧力结构的承载力和侧向刚度发生突变；二是为了底部大空间需要的剪力墙结构,底层或底层若干层剪力墙若不落地,可能会产生刚度突变,这时，应尽可能地使其它落地剪力墙、筒体或柱的截面尺寸增加一些,并对相应楼层混凝土等级进行适当地提高，以减少刚度的变化。
　　（二）操作性细节布置：
　　(1)剪力墙结构中全部竖向力和水平力都由剪力墙承受。所以一般应沿建筑物的主要轴线双向布置。特别是在抗震结构中，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。
　　(2)剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。门窗洞口上下各层对齐，形成明确的墙肢和连梁，使受力明确，计算简单。在抗震结构中，应尽量避免出现错洞剪力墙和叠合错洞墙。叠合错洞墙的特点是洞口错开距离很小，甚至叠合，不仅墙肢不规则，而且还在洞口之间形成薄弱部位，对抗震尤为不利。
　　(3)剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高。剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。
　　(4)剪力墙要避免洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚(否则应按框架柱设计)，并用暗柱加强。
　　(5)较长的剪力墙宜开设洞口，将其分为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体配筋能够充分的发挥作用，因此墙肢截面高度不宜大于8m。
　　(6)高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。在短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。
　　(7)控制剪力墙平面外弯矩，应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩。
　　(8)不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁本身不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝，因此应尽量避免。
　　4.严格控制结构参数，确保结构布置的合理性
　　要检验结构布置的是否合理,需要对结构参数进行严格控制和分析，主要包括位移比、侧向刚度比、周期比、刚重比、层间位移角。
　　（一）位移比结构参数控制
　　位移比是指楼层竖向构件最大的层间位移和最大水平位移与本楼层平均值的比值。一是主要为保障结构布置的规则性,以避免因为结构布置的不规则性而产生过大的偏心，甚至造成结构出现较大的扭转效应；二是对位移比限制有着明确的规范，这主要是针对刚性楼板而假定作出的。规范指出应充分考虑地震作用对高层建筑的偶然偏心影响,对于A级高度的高层建筑而言，其楼层竖向构件的位移比最好能控制在1.2之内,最大应控制在1.5以内,对于B级高度复杂高层及混合高层而言，最好能控制在1.2以内,最大应控制在1.4以内。
　　(二)侧向刚度比参数控制
　　一是高层建筑剪力墙侧向刚度比参数控制的主要目的是控制结构的竖向规则性；二是建筑抗震设计规范中要求:包括楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或者小于其相邻三层侧向刚度平均值的80%,或结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%,或某楼层竖向抗侧力构件不连续,其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数。
　　（三）周期比参数控制
　　一是周期比参数控制主要是控制结构发生扭转效应,最大限度地增加结构抗击扭转的能力，尽可能地减少扭转对结构的不利影响；二是关键是限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比。当二者接近时,由于振动耦联的影响,结构的扭转效应明显增大；三是高层建筑混凝土结构技术规程中规定，对于A级高度高层建筑而言，其周期比应控制在0.9以内,对于B级高度高层建筑,混合高层建筑和复杂高层建筑而言，其周期比应控制在0.85以内；三是如果周期比不符合规范的标准,设计人员必须使周边构件的刚度得到增加,并对结构中间构件的刚度予以降低处理,以达到使结构整体抗扭刚度增大的目的。
　　(四)刚重比参数控制
　　一是刚重比参数控制主要是对高层建筑剪力墙结构的稳定性进行控制,避免结因刚重比失衡而产生滑移甚至倾覆；二是经过无数实践研究证明,仅在竖向重力作用下，高层建筑结构一般不会产生整体失稳，其可能性非常小；三是在水平地震或风荷载的作用下，高层建筑结构稳定设计的主要目的是有效地控制重力荷载，确保因重力荷载而产生的二阶效应在允许的范围内,从而保证高层建筑剪力墙不因二阶效应过大而引起结构的失稳倒塌。
　　(五)层间位移角参数控制
　　一是层间位移角是按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比。层间位移角参数控制的目的是：有效地控制结构的侧向刚度；二是剪力墙结构的层间位移角限值是1/1000。当高层建筑剪力墙结构层间位移角参数不符合规范的要求时，必须相应地调整剪力墙的数量,使其层间位移角尽可能地接近处于这个限值；三是结构刚度应控制适度，不能过大,如果过大的话，会使地震力增大,从成本控制来看，会使成本出现不必要的增加，而且，地震力过大会使部分墙肢和连梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面设计困难。
　　结束语
　　总之，高层建筑剪力墙结构设计直接关系着高层建筑的抗震性、稳定性，作为设计人员应予以高度重视，不断探究高层建筑剪力墙结构设计，更新设计理念，创新设计方法，提高设计质量，以提高高层建筑剪力墙结构的抗震性。
　　参考文献
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　　[2]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程
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　　[4]韩桂发.浅析高层住宅结构设计与体会[J].价值工程,2010.
　　[5]陈崇冈.高层建筑剪力墙结构的设计要点[J].中国高新技术企业,2010.
　　[6]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工,2011.

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