高层建筑剪力墙结构设计要点

摘要：随着我国经济水平的不断提高和城市化进程的不断加快，人们的居住和工作的空间逐渐向高发展，高层建筑也已经逐渐取代多层建筑。但是随着人们经济水平、审美标准以及对建筑空间结构功能的要求的不断提高，普通的框架结构和框架—剪力墙的露柱构件对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间使用和立面美观的要求。由此剪力墙结构具有刚度大、能有效的减少侧移、具有良好的抗震性能，因此被广泛的应用于高层建筑中。另外，室内相较于框架结构简洁、没有露梁、露柱现象，外形美观，便于室内布置，使用功能更好，同时增加了使用面积。本文就高层建筑剪力墙结构设计中一些常见问题以及设计要点进行简单的探讨。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；设计要点

Abstract: With the increasing levels of China's economy and urbanization continues to accelerate, people's living and working space gradually to the high growth, high-rise buildings have been gradually replaced by multi-storey buildings. But as people economic level, aesthetic standards and the structure and function of architectural space requirements continue to increase, the general frame structure and frame - shear wall exposed pillar member of architectural space separated strictly limited and can not satisfy the demand for residential space use and facade aesthetic requirements. Thus shear wall structure with high rigidity, can effectively reduce the sway, has a good seismic performance, it is widely used in high-rise buildings. In addition, the interior compared to the frame structure is simple, there is no exposed beams, exposed columns phenomenon, appearance, ease of interior layout, functions better, while increasing the use of space. In this paper, the design of high-rise building wall structure design points to some common problems and simple discussion.

Key words: high-rise buildings; shear wall structure; design elements

中图分类号：TU973文献标识码：A

一、概述

剪力墙结构是利用钢筋混凝土墙板代替框架结构中的梁祝，能够承担各类荷载，并且有效的控制结构的水平力，这种利用钢筋混凝土墙板承受竖向和水平荷载的结构被称之为剪力墙结构。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。

二、高层建筑结构设计特点与剪力墙结构特点分析

1、高层建筑结构的设计主要有以下几个方面的特点：

第一，剪力墙结构的设计主要是针具水平荷载而进行的，水平荷载成为了决定性的因素。原因是剪力墙结构因为竖向荷载力（包括重力等）引起的弯矩与轴力大小是与建筑高度的一次方成正比例的关系，而水平荷载引起的倾覆力矩以及在竖向构件中出现的轴力大小是与建筑高度的两次方成正比例关系；且对一般建筑而言，竖向荷载（包括自重等）的值基本上都是固定不变，而水平荷载主要有风荷载与地震作用等，其数值是可以变化的，并且随着结构动力特性的改变而改变。

第二，在自动等竖向荷载作用下轴向变形比较大。高层建筑竖向荷载比较大，容易使柱出现较大的轴向变形，从而影响到主梁的玩具。此外，还会对构件的位移以及剪力造成一定程度的影响，最终影响建筑结构设计的安全性。

第三，侧移的控制是建筑结构设计的重要内容。建筑结构的位移与建筑高度成正比，高度越高唯一越大，从而影响到工程建筑的安全性，这就要求，在对建筑结构进行设计时应注意将在水平荷载作用下结构位移量控制在规定限度以内。

第四，结构延性是建筑结构设计进行的关键指标。在地震作用下，高层建筑与较低楼房建筑相比，出现的变形量会更大一些。为了确保高层建筑结构在通过塑性变形阶段后仍然具备较大的变形能力，以防倒塌现象发生，因此，应采取有效的处理办法，是高层建筑结构具备充足的延性。

2、剪力墙结构特点分析

现浇钢筋混凝土剪力墙结构，除了承受楼板传来的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用。剪力墙结构的抗侧刚度大，在水平力作用下的侧移较小，承载力较大，且整体性能较好。通过合理设计，能够加强剪力墙的抗震性能，并增加剪力墙的延性。由于剪力墙承载能力大，侧向变形小，其具有一定的延性，在地震中均表现出不俗的抗震性能。但是剪力墙的间距一般较小，平面布置尚不够灵活，建筑空间也受到了一定的限制。对于商住一体的高层建筑，商用部分可采用框支梁、框支柱来进行转换，扩大商用的建筑空间。

三、高层剪力墙结构设计要点

1、剪力墙结构的合理布设

在对剪力墙结构进行合理布设时首先要注意以下几点：

（1）剪力墙应沿主轴方向双向均匀的进行布设，采用两个方向抗侧刚度接近为宜，不宜采用单向的方式进行布设。尽量使得刚度中心与质量中心靠近，减小地震造成的扭转。若无法避免，则最好在剪力墙的相应部位设置暗柱，当梁高大于墙厚的2.5倍时，应计算暗柱配筋；

（2）剪力墙结构的抗侧力刚度和承载力均较大，为充分利用剪力墙的这一特征，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，以便使结构具备适宜的侧向刚度。（3）在结构布置过程中，应避免布置墙肢长度过长（≥8m）的墙体。当有少量墙肢长度大于8m时，计算中，楼层剪力主要由这些大的墙肢承受，其他小的墙肢承受的剪力很小，一旦地震，尤其超烈度地震时，大墙肢容易遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，整个结构容易被各个击破，这是极不利的。所以，对于大的剪力墙墙肢，应采用留置结构洞口（洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁），把长墙肢分解成合理的墙肢长度，调整其刚度。

（4）剪力墙的门窗洞口宜上下对其，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。当无法上下对其，成列布置时，应按有限元方法仔细计算分析，并在洞口周边采取加强措施。

2、剪力墙厚度的确定

剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，建立阿强的竖向刚度应均匀，其门窗口最好成列布置，上下对齐，形成较为明显的连梁和墙肢，避免出现使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。在抗震结构设计师，一、三级抗震等级的剪力墙底部加强部位最好不要采用错洞墙，二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸有具体的规定“按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不应小于200mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/20，且不应小于160mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/25，且不应小于180mm” 。

3、剪力墙结构构件延性设计

要使剪力墙具有延性，就要控制塑性铰在某个恰当的部位出现；在塑性铰区域防止过早出现剪切破坏（即强剪弱弯设计），并防止过早出现锚固破坏（强锚固）；在塑性铰区域改善抗弯及抗剪钢筋构造，控制斜裂缝开展，充分发挥弯曲作用下抗拉钢筋的延性作用。剪力墙的塑性铰通常出现在底截面，因此，剪力墙底部应设置加强区，加强范围不宜小于H/8(H为剪力墙总高)，也不小于底层层高。当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的范围可取墙肢总高度的1/10。影响墙肢延性的因素主要有：

（1）剪力墙截面有、无翼缘对剪力墙延性影响很大。当截面没有翼缘时，延性较差。有了翼缘或端柱后，延性大为提高。

（2）剪力墙随轴力增大，延性降低。

（3）当钢筋总量不变，但端部钢筋与分布钢筋的分配比例不同时，墙肢延性不同。在规范许可条件下，适当增加端部钢筋，减少分布钢筋，即可提高承载力，又可提高延性。

（4）设置约束边缘构件是提高延性的有效方法。

4、剪力墙墙体配筋

一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。钢筋满足设计计算及规范建议的最小配筋率即可。剪力墙的加强区域10@200，非加强区域8@200双层双向即可。双排钢筋之间采用6@600×600拉筋。但是地下部分的墙体配筋大多受到水压力、土压力产生的侧压力控制，因此需要另行计算和配置，地下部分的墙体由于简化计算经常有竖向筋控制，在这种情况下为增大计算墙体的有效高度，可以经地下部分墙体的水平筋放置在内侧，竖向筋放置在外侧。

结束语

综上所述，剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省，相对来说比较经济，因此在高层建筑剪力墙结构设计中，我们每一个设计者都应该本着精心设计的原则，考虑多方面因素，确定出合理的结构布置方案，只有这样，我们才能把握好每个细节，做出安全合理的建筑结构。

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