关于高层建筑剪力墙结构设计的讨论

摘要：本文通过结合笔者从事结构设计实践经验，针对剪力墙结构设计，重点提出了剪力墙结构布置的技术要点，同时结合工程实例，提出了优化高层建筑剪力墙结构设计的措施，供大家参考借鉴。

关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计；讨论

随着科学技术的快速发展，我国的经济水平也在飞速前进，人们对物质生活水平的要求越来越高，建筑行业随之崛起并得以快速发展。为了增强建筑物的抗侧刚度和抗震性，目前很多建筑都采用剪力墙结构，为人们的生命财产安全和国家经济的持续健康发展提供了基本的保障。

高层建筑的竖向承重结构有框架、剪力墙、框架―剪力墙、筒体等多种形式，水平承重结构有单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖、并式楼盖、密助楼盖、无梁楼盖等多种形式，从结构选型上来看，应当根据结构的受力特点及适用范围而采取合理的结构型式，而对于高层建筑来说，剪力墙结构则是常用的结构形式之一。

1 结构布置技术

剪力墙结构设计时要布置剪力墙，应当宜沿主轴方向或其他方向双向布置。对一般的矩形、L形、T形等平面宜沿两个轴线方向布置；对三角形、Y形平面宜沿三个轴线方向布置；对正多边形、圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。抗震设计的剪力墙结构应避免仅单向有墙的结构布置方式，并宜使两个方向抗侧力刚度接近。内、外剪力墙应尽量拉通、对直。

同时为了有效发挥剪力墙的抗侧力刚度和承载能力，增大剪力墙结构的可利用空间，剪力墙间距不宜太密，侧向刚度不宜过大。否则，结构自重加大，构件所受到的地震作用加大，不经济。剪力墙的平面布置应尽可能均匀、对称，同时应当让结构的质量与刚度中心重合，以减少扭转。在竖向，剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。

对于剪力墙开洞后宜在洞口顶部设连梁，当建筑布置要求设置无连梁的剪力墙时，其数量一级抗震等级不应超过全部剪力墙的数量的20%，二级抗震等级不应超过全部剪力墙的数量的30%。而且对于这种类型的剪力墙不应采用短肢剪力墙，其底部加强部位的墙肢轴压比应当控制对于一级应小于0.4，二级应小于0.5。同时在墙肢两端应设置约束边缘构件，应加强墙肢上楼板板带的配筋和构造措施，如设置联系墙肢的暗梁，以有效地确保板带在竖向荷载作用下具有足够的抗弯承载力。

当前由于建筑功能需要，对剪力墙采取开转角窗设计，针对此应当严格在9度设防地区采取剪力墙转角窗。对8度以下设防地区采用剪力墙转角窗时应采取相应的设计措施：对于窗洞口应采取洞口上下对齐，而且应严格控制窗口大小，洞口宽度不宜过大；洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，对于此处的剪力墙厚度适宜增大，同时沿墙肢全高按要求设置约束边缘构件。对于转角处的楼板应局部加厚，配筋宜适当加大，并配置双层的直通受力钢筋。

2 工程实例

某住宅综合楼，建筑面积为5.3万m2，地下l层，地上28层，结构高度79.6m，最高处87.4m，结构沿竖向质量及刚度分布较均匀，但标准层由两个切角正方形单元联接而成，类似哑铃状，平面体型较为复杂，对结构抗震不利。本工程抗震设防烈度为7度，II类场地土，基本风压为0.5kN/m2。本工程上部标推层为住宅，每个单元由9个建筑单元组成，其结构布置利用单元中部设置的两部电梯、设备管道井及一个剪力楼梯所围合的剪力墙内筒体单元，作为结构的主要抗侧力构件，但围绕其周围的8个住宅单元结构如何布置值得推敲。考虑到剪力墙结构对住宅平面布置有利，但限制了底部公共建筑用途的平面布置，采用框架结构可以取得底部公共建筑的较大空间，但对住宅平面布置又不合适。经反复分析多次试算，最终确定采用剪力墙结构体系。

2.1计算结果分析

结构的整体计算除进行正交向抗震计算外，还进行了旋转45。角的斜交向抗震计算，施工图设计构件最终以两种计算较大者配筋。两方向计算具体计算结果如下：

2.1.1 结构自振周期与振型。从计算结果表明不管是正交向还是45。斜交向，其两个方向周期均比较接近，且T1约为0.05N（N为层数）。说明沿主抗侧力四个方向结构刚度均比较接近，各向结构抗震性能均比较适宜，也说明了本结构剪力墙结构布置合理，其刚度适中。

2.1.2 从顶点位移角及层间位移角计算结果可知，用反应谱法分析结构的地震反应，取前六个振型相应值按平方和开平方法得到的结构基底总剪力，以及地震剪力系数。综上所述，采用短肢剪力墙，通过结构合理布置，既能较好地满足建筑功能对底部大空间的要求，又能兼顾上部住宅平面布置的要求，避免了按常规结构布置所形成的框支结构，避免结构竖向刚度突变，降低了结构刚度减小地震作用，使结构更加经济、合理、适用。

2.2设计中的几个问题和所采取的措施

2.2.1 墙肢设计。地震作用下短肢剪力墙结构的抗扭性能较弱，设计中对周边及角点处墙角采用L形短肢墙，对剪力墙结构中存在的少量的“―字形”短墙肢，均严格控制其轴压比小于0.45，且控制墙肢的轴压比不相差悬殊，尽量均匀，避免墙肢应力差异过大。“一字形”短墙肢在配筋构造中除两端配有暗柱外，其水平筋按抗扭要求形成封闭箍，并考虑平面外问题对其竖向纵筋也进行了适当地加强。

2.2.2 连梁设计。采用剪力墙后，出现两种连梁形式。一种是连梁跨度较小，承受的坚向荷载也较小，配筋由水平力引起的剪力和弯矩控制，跨中弯矩很小，剪力沿梁长基本均匀分布，梁端弯矩上下左右也基本对称，这是常规的剪力墙结构连梁，如楼电梯间墙肢连梁。设计中均按常规将梁面及梁底贯通纵筋基本配成一样，其箍筋也沿全长加密。另一类型连梁内力分布类似于一般框架梁，跨度较大，承受的竖向荷载也较大，由于其线刚度较小，在水平力作用下所分配到的内力较小，最终配筋的组合内力主要由竖向荷载控制，大部分短肢墙间的连梁就属于这种类型。对这种类型连梁，在设计中基本是参照框架梁的要求来设计，即梁底筋按计算结果贯通配置，梁面筋如梁端负筋较多时，则不必将所有负筋全部拉通，而将部分负筋在梁跨1/3处截断；箍筋配置也一样，没有沿全长加密，仅在梁端按框架梁抗震构造要求设置加密箍。

2.2.3 楼面薄弱部位所采取的措施。由于每个单元中在住宅单元间开有槽口，两个单元中部联结处开有采光天井，造成了住宅单元间及两个单元中部联结处的楼板不连续，为确保水平力的可靠传递，采取了如下的构造加强措施：首先在每个槽口敞开端每隔一层设置拉梁，且该拉梁按剪力墙间连梁配筋构造；同时对中部联结处的楼板采取适当加厚处理，而且楼板采取双向双层配筋。中部联结处角部及围合采光天井短墙肢均采取配筋加强措施，与之相连的连梁同样按剪力墙间连梁配筋构造。

3 结束语

在我国的高层建筑中，剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性，其在高层建筑中被广泛应用。文章通过结合工程实践经验以及相关规范要求，对剪力墙结构关键问题进行了探讨，总结出对于在实际工程中剪力墙结构布置的合理性要点。同时通过结合工程实例，总结出剪力墙结构相关的技术要点，从工程实践效果上进一步探讨所采取设计措施的可行性，为同行提供参考。

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