高层建筑剪力墙结构设计

摘 要 现在城市在快速发展，高层建筑已是城市建设和生活的主流。剪力墙结构是不可缺少的构件。剪力墙在建筑结构中承担着竖向和水平荷载，具有良好的抗震和抗风性，其很适合高层建筑的使用。本文从剪力墙结构的基本概念说起，结合笔者的具体工作实践，就剪力墙结构设计方面进行分析。

关键词 剪力墙；墙体配筋；结构设计

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0116-01

1 剪力墙的概念

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，是用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构。高层结构的建筑大量使用这种结构。剪力墙截面有以下特点：墙肢长度和其厚度比要远远大于；承载力和平面外刚度都比较小；自身平面的承载力和刚度都比较大。在剪力墙结构设计中，墙即要承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩，还要承受竖向压力。墙体在弯矩、剪力和轴力的共同作用下，它受到的水平作用的时候就像悬臂深梁嵌固在基础的底部。剪力墙在风荷载或者地震的作用下，一方面要满足其刚度要求，另一方面还要满足非弹性变形重复作用而出现的能量消耗、延性等要求，同时还要控制结构即使开裂也不会倒塌。

2 剪力墙的分类

剪力墙因为孔洞的问题受力状况和特点都会不同，其变形状态和内力分布都会发生变化。根据其开洞的情况可以分为实体墙、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙、壁式框架等。

1）实体墙。实体墙就不开洞或者开洞不超过墙的15%。其受力特点和整体悬臂梁比较类似，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态和偏心受压柱相似。整体高度上变形主要是弯曲型，无反弯点和突变。

2）整体小开口剪力墙。整体小开口剪力墙是开洞仍然比较小但是洞口面积大于15％。其受力性能可以按整体悬臂梁考虑，并且还要考虑墙肢的局部弯矩。其弯矩图在整个墙肢高度上没有反弯点，而在连梁处发生突变。

3）双肢或多肢剪力墙。双肢或多肢剪力墙是墙体开洞很大或者洞口成列布置。其受力特点和整体小开口剪力墙比较类似。受力特点与整体小开口墙相似。

4）壁式框架。壁式框架是洞口尺寸很大，墙体肢线和连梁线这两的刚度差不多的墙。其受力特点的弯矩图的突变发生在楼层处，并且基本上所有的楼层都会有反弯点。

3 剪力墙设计的原则

对剪力墙的设计要做到安全、经济合理，所以在设计的过程中除了对位移限制值的要求外，还要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用。在剪力墙数量的设计的时候，位移限制值要满足规范的规定，应尽量减少剪力墙数量，但应满足在基本振犁地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的一半。

1）楼层最小剪力系数的调整原则。在设计时候要尽量减少剪力墙的布置，最好设计为大开间剪力墙布置方案，来达到比较理想的侧向刚度结构，楼层的最小剪力系数接近规范的极限值，但是这要满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40％。这样在减轻结构自重的时候降低地震作用带来的危害而且造价方面可以减少。

2）楼层层间最大位移与层高之比的调整原则。规范规定最大的弹性层间位移在多遇地震作用标准值产生的楼层计算的时候，可以不除去结构整体弯曲变形，应计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。由此可以看出，楼层间的扭转和剪切变形对于一般的高层建筑是重点考虑的方面。竖向构件的多少决定着剪切变形的控制，但是即使构件的数量足够多但是布置不合理，扭转变形就会过大，仍然达不到层间位移的要求。所以，高层建筑能仅仅根据层问位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度，而应尽可能使扭转变形最小。

3）剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙的连续梁的跨高比小于2.5可能会出现弯矩和剪力超过规范的极限规定，所以其跨高比一般不小于2.5。规范规定连续梁不应拆减在跨高比不超过5的时候。在跨高比在5到6的时候，连续梁刚度也必须拆减，否则可能导致弯矩和剪力超过极限值。这点如果能在具体工程设计的时候能有效利用，工程造价会降低很多。

4 剪力墙结构的墙体配筋

剪力墙面积比较大，所以其配筋影响这结构的安全哦工程造价。对于剪力墙的配筋一般是竖向钢筋放在内，外部钢筋放在外，只要能满足计算哦规范的要求就行。对于地下部分的剪力墙的配筋基本上要承受土压、水压等产生的侧向压力的作用，对于其配筋要通过计算来确定。在这种情况下，将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧来增大计算墙体有效高度。对于地下部分剪力墙钢筋的保护就依据《地下工程防水技术规范》中对这方面的规定即可。

5 剪力墙设计

剪力墙受竖向荷载的作用比较大，其竖向荷载一般是结构的自重和楼面的荷载作用产生的。竖向荷载在墙肢内产生轴力，在连续梁内产生弯矩，这时候可以按其受力面积进行计算即可。如果在水平荷载的作用下，剪力墙的受力情况可以按二维平面来分析，在对其精确的计算的时候就按平面问题计算。其计算的工作量很大。但是在工程设计的时候，对于不同类型的剪力墙受力特点可以对其进行简化计算。在水平力作用下，整体墙的截面弯矩和剪力可以按照悬臂构件来计算。小开口整体墙虽然因为洞口影响而出现墙肢间应力不再按直线分布，但是产生的影响也不是很大，所以仍然可以按整体墙计算基础上对其进行修改即可。壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可采用连续化方法近似计算。

对于框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙相对有点复杂，设计人员可以用计算机进行计算。剪力墙结构与框架结构在水平荷载的作用下的变形规律是不同的，剪力墙的侧移曲线是弯曲型的而框架结构的侧移曲线是剪切型的，剪力墙的侧移曲线凸向原始位置而框架结构则是凹向原始位置。在框剪结构中，在相同的高度时候其侧移也基本上相同。这就使框剪结构的侧移曲线不是弯曲和剪切型，而是弯剪混合型。框剪结构的顶部侧移比纯剪力墙结构小些，比纯框架结构大些。而在其底部侧移则是比纯剪力墙结构的大些，比纯框架要小些。框架和剪力墙不但一起承担外部荷载，而且保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间协同工作，共同达到承受各方面荷载的作用。

6 结束语

随着社会的发展和人们生活水平的提高，城市的高楼化趋势不可动摇，高层建筑将会快速发展，所以剪力墙结构会得到更多的运用。剪力墙的抗震性好，造价相对低廉这就给剪力墙结构的发展提供了更好的准备。设计人员在对剪力墙的设计的时候要从各方面对其进行优化设计，提高其方案水平，在满足各方面的要求的时候使建筑物更加安全可靠。

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