高层住宅剪力墙结构分析

内容提要: 剪力墙结构是高层住宅建筑中常用且比较经济的结构形式，在整个住宅结构的设计中，剪力墙布置成为整个结构设计的关键。本文综合考虑结构的安全适用和经济合理，对剪力墙的布置方案进行探讨。

关键词： 高层住宅;剪力墙;抗侧力；竖向荷载。

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

近年来，随着城市中用地日趋紧张，出现了大量的高层住宅。剪力墙结构是高层住宅建筑中常用且比较经济的结构形式，剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，整体性能好，有较强的抗震及抗风性能又承受竖向荷载；剪力墙可以利用住宅建筑中已有的隔墙进行设置，避免了框架结构中存在的房间内露梁、露柱的问题，适应现在住宅对空间的要求。 在整个住宅结构的设计中，剪力墙布置成为整个结构设计的关键。综合考虑结构的安全适用和经济合理，对剪力墙的布置方案进行以下下探讨。

一、剪力墙一般设置原则：

高层住宅结构首先要考虑楼、电梯间的剪力墙设置，楼电梯间为中间开洞的楼板不连续部位，不利于传递地震荷载或风荷载的水平作用力。因此楼、电梯间四周通常设置比较多的剪力墙，形成比较完整的筒体结构，以抵抗水平力。且对楼、电梯间墙体周边的板适当加强，提高整体抗侧力的能力。

剪力墙宜均匀布置在房屋的周边附近。由于抗扭承载力的特性，此位置的剪力墙可以比较有效的提高整体结构的抗扭转效应的能力。结构的平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。剪力墙的布置尽量均匀对称。

不宜设置单片过长的剪力墙，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，每个墙段的高度与其墙段长度之比不宜小于3，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，因此墙段长度不宜大于8 m。

。剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免刚度突变。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。

两片或两片以上的剪力墙宜连成L形或槽形的结构分体系，甚至连接成抵抗侧向力十分有效的矩形筒，比如电梯间、楼梯间都可形成筒。

剪力墙设置的控制内容：

结构的自振周期：结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑等不应大于0.85。宜使两个方向的周期接近。

结构的位移：房屋的地震运动和风所产生的位置是不同的，主要的问题是避免引起倒塌的大位移，同时要满足居住者的舒适度要求。结构的位移楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移与楼层平均值得比值是判断剪力墙平面布置是否规则的依据。

侧向刚度：高层住宅结构往往设置有地下室，并宜使地下室的顶板作为上部结构的嵌固端。此种做法可以简化整个结构尤其带地下车库的主楼结构的计算过程。高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。地下室相应加厚或加长剪力墙。

楼层抗侧力结构的层间受剪承载力的比值：楼层抗侧力结构的承载力突变将导致薄弱层破坏。

轴压比：轴压比是影响剪力墙在地震作用下塑性变形能力的重要因素。相同条件下的剪力墙，轴压比低的，其延性大，轴压比高的其延性小；通过设置边缘构件，可以提高高轴压比剪力墙的塑性变形能力，但轴压比大于一定值后，即使设置约束边缘构件，在强震作用下，剪力墙仍可能因混凝土压溃而丧失承受重力荷载的能力。结构规范规定了轴压比的限值。

剪重比（结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力与对应层的重力荷载代表值的比值）：由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3S的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能过小。对于长周期结构，地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但振型分解反应谱法尚无法对此作出合理估计。出于结构安全考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求。

重力二阶效应及结构稳定：结构弹性计算时应考虑重力二阶效应的对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。在水平力作用下，带有剪力墙的结构变形形态为弯剪型。重力荷载在水平作用位移效应上引起的二阶效应有时比较严重。结构的整体稳定是高层建筑结构设计的基本要求，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体是失稳的可能性很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起结构的失稳、倒塌。

连梁及墙肢：由于 剪力墙上往往开有门窗洞口，与一般的实腹悬臂梁相比，应力分布要复杂的多。通常把剪力墙开洞后所形成的水平构件成为连梁；竖向构件称为墙肢。剪力墙的受力和变形特性主要受洞口的大小、形状和位置的影响。连梁与墙肢的相对刚度比值是影响剪力墙受力性能的重要因素。连梁的设置可根据建筑的门窗洞口配合设置。

一字墙和短肢墙：短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，对这种结构，抗震设计的最大适用高度、使用范围、抗震等级、和一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率等均应有较严格的要求。一字形剪力墙延性和平面外稳定均十分不利，不宜布置单侧楼面梁与之平面外垂直或斜交，尽可能设置翼缘。

结束语

剪力墙结构是适合住宅设计的一种结构形式，只有熟练的把握住此种结构的特性并扬长避短，才能实现结构设计的安全、适用、合理、经济。

参考文献:

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