探究高层剪力墙的结构设计

摘要：随着我国建筑行业的飞速进步，高层建筑设计也越来越被人们所重视，文章主要对高层建筑中剪力墙结构设计进行详细探析。

关键词：高层建筑 结构特点 剪力墙 结构设计

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

1、高层建筑的结构受力特点

1．1轴向变形

高层建筑的中竖向荷载一般都比较大，会在柱中引起很大的轴向变形从而也就影响连续梁弯矩，同时还会影响预制构件的下料长度。因此必须考虑轴向变形计算值，对下料长度作相应调整。

1．2水平荷载

高度范围的高层建筑，立体竖向的荷载基本都是固定好不能变的，还包括风荷载和地震作用的水平荷载的数值，也会随结构动力特性的区别所产生较大范围的变化。

1．3侧移的控制

结构的侧移是高层建筑结构设计的主要。随着现代楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形也会随着建筑高度的升高与迅速增大。基于这一原因，水平荷载作用下的侧移一定要严格控制在一定范围内。

1．4 结构延性

高层建筑比矮层的楼房结构要更柔和，因为遇到地震等剧烈震动时所出现的形变就会更大。为了保证建筑在塑性变形的阶段中仍能具备强变形能力，一定要在结构设计上采用相应措施以确保结构的延性。

2、剪力墙结构的特点

剪力墙是一种好的抵抗水平荷载的墙。剪力墙因为可以有效抵抗水平荷载，所以在总体的墙面结构上就有以下特点：抗侧刚度大，侧移小；室内墙面较为平整：结构自重大，吸收地震的能量大；一般剪力墙的墙肢截面高度与厚度之比很大，在水平荷载的作用下，通常抗剪刚度起控制作用，故其耗能较差。所以它常常应用在层数较多(20层以上)的高层建筑中，当剪力墙洞口较小时，剪力墙整体性能比较好，剪力墙截面弯曲破坏极限承载力可以按照全截面抗弯计算。另外，使用剪力墙结构，会给室内较框架结构简洁，没有露梁与露柱的现象，外形也美观，便于室内布置。但也存在着缺点，比如剪力墙结构的抗侧刚度大，就会引起比较大的地震反应，使得上部结构和基础费用增加； 由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，进而造成浪费；剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率均较低，使得结构延性较差。

3、剪力墙结构的设计要点

剪力墙作为竖向构件中所形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中所承担着整个结构的竖向荷载与绝大部分水平荷载。剪力墙建筑结构的设计一定要注意以下几个方面：

3．1剪力墙布置

剪力墙的布置一定要均匀合理，这样就能让整个建筑物的质心与刚心趋于重合，且X、Y两向的刚重比接近。在结构的布置时要尽量避免仅单向有墙的结构布置形式，以使其具有较好的空间工作性能，并且使两个受力方向的抗侧刚度接近，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的2．5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件两个方向均应布置成长墙。

3．2剪力墙厚度确定

剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，其门窗洞口最好成列布置、上下对齐，形成明确的连梁和墙肢。避免使墙肢的刚度相差悬殊洞口设置，在抗震结构设计时，一、二、三级的抗震等级剪力墙底部要加强部位最好不要使用错洞墙，二、三级抗震等级的剪力墙均不可以采用叠合错洞墙。《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸具体规定如下：

“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200 rnm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／20，且不应小于160 mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部要加强部位不可以小于层高或剪力墙元支的长度1／20，且不应小于160 mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／25，且不应小于180mm。”

3．3 设置边缘构件

对于那些剪力墙，暗柱的配筋必须要满足规范要求最小的配筋率，还要加强区0．7％，一般的部位为0．5％。对于那些短肢的剪力墙，也要控制在配筋率的加强区1．2‰ 一般部位为1．O％；对小墙肢其受力性能也比较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1．2％，一般部位1．0％；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。

4、工程实例

4．1工程概况

某工程，总建筑面积为12570 m2，采用短肢剪力墙结构，为12层住宅楼，层高3m，顶层为复式住宅，屋顶为四坡屋面。

4．2剪力墙结构设计

因为整个楼层的建筑平面相当复杂，采用在⑩和⑩ 轴间设置双墙防震缝，在O 和@轴间设置悬挑构件抗震缝的处理方法，将平面分成相对独立的4 个部分，各部分的长宽比Ll／B1max=29／9．4=3．09

4．3结构设计的主要参数

场地类型为II类建筑场地，剪力墙抗震等级为二级。水平地震作用按X，Y 两个方向计算。同时考虑扭转耦联，周期折减系数0．85，计算取9个振型，结构阻尼比O．O5，竖向力按模拟施工加载方式计算，恒活荷载分开计算。修正后的基本风压为0．35，地面的粗糙度为B 类，结构体型的系数为1．4。连梁刚度折减系数为0．7，地震力分项系数为1．3，风荷载分项系数为1．4，恒荷载分项系数为1．2，活荷载分项系数为1．4。本工程基础采用钢筋混凝土墙下条基(有肋梁)，剪力墙厚度内外墙均为200 mm，连梁截面b×h 为200×(370~570) rain，楼板厚度100～130 mm，混凝土强度等级为C35C25。地基采用天然地基，以③层黏土层作为持力层，Es=15 MPa，fak=300 kPa。

4．4剪力墙的布置

按照抗震设计要求，结合窗间墙、楼梯间及房间四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”，形、⋯’形或“十”字形墙段，沿结构平面各主轴方向均匀、对称布置，做到刚心和质心重合，减少结构扭转。各墙肢肢长不宜相差太大，截面高厚比可以控制在5～8之间，避免出现高厚比小于3的小墙肢，使各墙肢刚度接近，保证在水平地震力作用下，各墙肢受力均匀，避免个别长墙因内力太大而出现超筋。另外在④ ～⑥轴，⑩～⑥轴间形成4个较为完整的弱筒， 以增强整个结构的抗侧力性。在竖向，要求墙肢上下对齐、连续。在同一轴线上的各墙肢通过连系梁连接，可增加对墙肢的约束，提高结构的抗震性能。为了保证连梁具有较好的刚度和延性，取其跨高比为4≤lm≤8较为合适。

4．5墙肢截面设计

塔楼周围及肢长／肢宽

5、结束语

因为剪力墙结构设计的简洁、宽敞，使用功能也好，也给屋主改造增大了灵活性，加大了使用的面积，在高层建筑中的运用也越来越广泛。因此，工程设计人员必须充分理解新规范编制原理，将新高规和新抗震规范和工程实际情况紧密结合，不断提高工程设计水平.