对高层建筑建筑结构设计中剪力墙设计的探索

【前言】对高层建筑建筑结构设计中剪力墙设计的探索由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快，城市规模不断增大，人口不断增加，使得城市住房建设用地高度紧张，新建高层建筑是城市发展的必然趋势。剪力墙结构由于其抗侧刚度大、侧移小和抗震性能好等特点，剪力墙结构被广泛用于现代高层建筑中，尤其是高层剪力墙...

摘要：剪力墙结构被广泛用于现代高层建筑中，尤其是高层剪力墙住宅。剪力墙通常是由结构工程师根据经验来设计的。因此，在构设计过程中可能会存在设计偏于保守等现象或设计不合理等情况，造成一定的浪费或结构安全性不够等。为此，本文简略概括了现代高层建筑结构设计的体现特点，详细分析了高层建筑结构，并提出了剪力墙设计方面的几个问题，以及高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法，供参考。

关键词：高层建筑；结构设计：受力分析

Abstract: the shear wall structure has been widely used in modern high-rise building, particularly in high-rise shear wall housing. Shear wall is usually the structural engineer according to experience to design. Therefore, in the conformation design process there may be design tends to keep the phenomenon such as unreasonable or design, produce certain waste or structure security is not enough. Therefore, this paper briefly summarize the modern high-rise building structure design of the reflect characteristics, detailed analysis of the high-rise building structure, and puts forward the shear wall design some problems, and high building structure analysis and various system corresponding methods, for reference.

Keywords: high building; Structure design: stress analysis

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快，城市规模不断增大，人口不断增加，使得城市住房建设用地高度紧张，新建高层建筑是城市发展的必然趋势。剪力墙结构由于其抗侧刚度大、侧移小和抗震性能好等特点，剪力墙结构被广泛用于现代高层建筑中，尤其是高层剪力墙住宅。但对剪力墙位置的具体布置、截面形状和尺寸等是否合理，相关的规范没有明确的规定，通常是由结构工程师根据经验来设计的。因此，在结构设计过程中可能会存在设计偏于保守等现象或设计不合理等情况，造成一定的浪费或结构安全性不够等。

1.高层建筑结构分析

1．1弹性假定

目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

1．2小变形假定

小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题(P—效应)进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度H的比值P/>I／500时，P—效应的影响就不能忽视了。

1．3刚性楼板假定

许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算简体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

1．4计算图形的假定

高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：一维协同分析。二维协同分析。三维空间分析。

2.剪力墙的边缘构造

(1)结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差：计算分析表明增加墙肢截面两端的其缘能显著提高墙的延性；因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从1989年出版的规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、冀墙(柱)、转角墙(柱)，也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。

(2)对规范的不同理解往往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片墙仅在端墙设暗柱，有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱，而即使是公开发表出版的权威参考书或设计手册对暗柱(冀墙柱)的截面取值也出现了以下三种不同尺寸，因此造成配筋的差别很大，甚至相同的资料由于出版的时间不同，对规范的理解也有所不同。

(3)从2002年开始实施的建筑结构规范，根据结构类型及受力状况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。

3.剪力墙结构的厚度和配筋问题

(1)墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏，同时起到抵抗温度应力防止混凝土出现裂缝，设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加，特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。

(2)墙的竖向钢筋主要起抗弯作用，目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋；但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋，笔者认为竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋，墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距≤300mm，也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度，对抗震不利。

4.剪力墙结构的超长问题

(1)剪力墙结构刚度大，受温差影响大，混凝土的收缩、徐变产生的变形大，墙体对楼面、屋面产生的约束也大；当结构发生收缩变形时比其他结构易出现裂缝。一些未超长的剪力墙结构产生墙体或楼面裂缝，其主要原因就在此。

(2)剪力墙结构多用于商品住房和公寓，使用状况复杂，一旦私人购买的房子出现裂缝，虽然没有安全问题，但处理起来问题多，难度大，社会影响大。

(3)混凝土结构受温度或收缩徐变的影响与众多因素有关；而体型庞大的剪力墙房屋往往形状复杂，混凝土收缩大，约束应力积聚也大，施工工艺及管理也难控制，环境影响使用变化难于判断，因此更难于解决混凝土收缩变形时，在受约束条件下引起拉应力而保证不出现裂缝。

(4)目前混凝土的收缩量不断增大，已由8O年代的一般收缩量3001,ze上升到4001a,e以上，因此使混凝土用量大的剪力墙产生裂缝的因素在增大。

(5)目前随着市场形势的变化，大部分工程要赶工加班，质量难保证，为赶工混凝土中水泥用量普遍增大，使混凝土收缩量增大，加上由于混凝土强度的提高，使弹性模量增加将引起更大的约束拉应力产生，增大了结构出现裂缝的因素。

(6)普遍使用商品混凝土泵送施工，为了泵送，增大水泥用量，减少了中粗骨料含量和骨料粒径，加上泵送混凝土配合比和施工送料时的不良因素影响等都加大了结构收缩量，增加产生裂缝的因素。

结束语

高层建筑结构和剪力墙结构设计，受力情况较为复杂，应根据具体情况，确定结构计算模型及方法，并充分考虑结构的各种不利因素。

参考文献：

【1】朱镜清．结构抗震分析原理[M]．地震出版社，2002年11月．

【2】徐宜，丁勇春．高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J]．江苏建筑．2009年第8期

【3】刘宇．从国内地震谈建筑抗震设计[J]．城市建设理论研究．2011年第l0.期．

作者简介：

万墨罕，男（1981—），男，山东圣凯建筑设计咨询有限公司助理工程师

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。