高层建筑的剪力墙体系结构设计微探.doc

1、高层建筑的剪力墙体系结构设计微探摘要：经济的快速发展让高层建筑的发展越来越快，由此也就带动了高层建筑剪力墙结构的快速发展。对于高层建筑的剪力墙体系结构设计是否合理将会对建筑的质量及住户的生命健康安全产生关键性的影响。本文结合对于高层建筑工程的对比，提出了高层建筑剪力墙体系结构的设计原则及方法，以期能为所需者提供借鉴。 关键词：高层建筑；剪力墙；体系；结构设计 中图分类号：TU97 文献标识码：A 对于现在越来越多的高层建筑中，对于剪力墙体系结构的使用可谓是越来越普遍。但是，现阶段我国的各类建筑标准对剪力墙体系结构设计却没有明确规定，更多的剪力墙具体布置与截面设计是由结构工程师根据之前经验来完成

2、。没有明确的布置方法指导，建筑工程师更多的是出于缩短设计周期、方便设计、结构安全等把结构设计趋于保守，也就无法有效地发挥材料性能，此类处理既不经济也无法做到真正安全。为此，深入开展剪力墙布置的合理性分析具有十分重要的意义。剪力墙平面外刚度较小，而平面内刚度却很大。因此，要想有效地保证剪力墙的侧向稳定，就需要各层楼盖给剪力墙一个有力的的支撑。剪力墙下部一般会固结在基础顶面，构成一个竖向悬臂构件，通常我们会称其为落地剪力墙。而在一些抗震设防区，水平荷载会由地震作用产生，因此有时剪力墙也会被称为抗震墙。因为纵横墙相连，高层建筑通常会利用电梯、竖向管道井、楼梯等部位设剪力墙，形成个相对较为完整的筒体。

3、而对单个剪力墙构件，通常会有 T 形、L 形、十字形、一字形等。因建筑要求，剪力墙上往往会开设门窗洞，开洞位置尽量做到洞口的上下对齐，布置规则，洞到墙边距离须满足一定规范的要求。 高层建筑结构剪力墙布置的关键有：结构水平位移。其结构水平位移须要满足国家高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3-2010）中的有关规定：剪力墙结构按弹性方法计算的楼层间最大位移与层高之比为1/1000。如果侧移过大会造成填充墙、装修等的开裂甚至是严重的损坏，容易让电梯运行变得困难，同时也会产生一个较大的附加弯矩；剪重比，它是地震作用与等效重力荷载的比值。控制剪重比是因为如果建筑物周期比较大，通过震型分解法计算出来的地

4、震效应会偏小，而这种情况对长周期建筑物的设计会产生一个较大的安全隐患。只有水平地震在规定范围内合理检查内力、位移、配筋情况才显得有意义。此外剪力墙布置要做到尽可能的对称、均匀、贯通全高，并且尽量使结构质量中心与刚度中心重合，从而减少扭转对结构抗侧刚度的影响。 高层建筑的剪力墙体系结构是集合了数学优化、结构分析及计算机技术一体的综合性工作，对国家和社会的经济建设与发展意义重大。同时，它的实用性也较强，对于我国能源资源的合理分配、利用，建筑造价的节约势在必行、刻不容缓。 “绿色建筑”是在建筑寿命期，尽可能的节约能源，保护环境，让建筑与自然和谐共生。它代表着一种建筑，其对环境无害，有序利用自然，不破

5、坏生态的基本平衡，又称为生态建筑、可持续发展建筑等。合理布置高层建筑剪力墙同样有这方面的意义，建筑结构经过优化，降低混凝土、钢筋等不可再生、高耗能产品和资源的使用。合格的结构师在进行剪力墙布置的设计时需要做到以下三方面：概念设计正确、计算分析深入及构造措施细致。在地震低烈度地区，地震造成的结构变形较小，轴压比也离规定有较大差异，可认为低烈度地区非强风荷载作用下，其水平力也会比较小，一般的剪力墙结构的墙肢布置间距会较小，结构变形和轴压比都起不到绝对的控制作用。建筑功能布局中，剪力墙构造要起控制作用。而在强震地区，地震造成的水平力较大，这时候起到控制作用的就是轴压比和结构变形。 高层建筑的剪力墙体

6、系结构既要能够有效地满足规范中关于结构水平侧移和地震力的要求，又要尽可能的做到成本节约、布置合理。 表 1 合理布置剪力墙步骤及控制点 计算步骤 步骤目标 建模或计算条件 控制条件及处理 1.建模 几何及荷载模型 整体建模 1.符合原结构传力体系。 2.符合原结构边界条件。 3.符合采用程序的假定条件。 2.计算一（一次或多次） 整体参数的正确确定 1.地震方向角0=0； 2.单向地震作用； 3.不考虑偶然偏心； 4.不强制全楼刚性楼板； 5.按总刚分析； 6.短肢剪力墙时定义为短肢墙结构。 1.震型组合数 有效质量参与系数0.9 吗？否，则增加震型数，直到满足为止。2.最大地震作用方向角 0

7、-m15吗? 是，输入 0=m；否，输入0=0。 3.结构自震周期，输入值与计算值相差10%时，按计算值改输入值。 4.短肢墙承担的抗倾覆力矩比例 50%吗？是，规范不允许，修改设计。 3.计算二（一次或多次） 判定整个结构的合理性 1.地震方向角0=0；m；2.单（双）向地震作用； 3.考虑偶然偏心； 4.强制全楼刚性楼板； 5.按侧刚分析； 6.按计算一的结果确定结构 1.周期比控制：T/T10.9(0.85)吗? 否，修改结构布置，强化外围削弱中间。 2.层位移比控制：Um/Ua,Um/Ua1.2 吗? 否，按双向地震重算。 3.层受剪承载力控制：Qi/Qi-150%吗？是，规范类型和抗

8、震等级。不允许，修改设计。 4.计算三（一次或多次） 结构优化设计 结构整体优化设计 1. 保持电梯间和外墙窗洞口较多处剪力墙不变，因为电梯间处剪力墙有类似核心筒的作用，对结构抗震性能有很大的贡献；外墙洞口较多处，剪力墙肢长较短，数量也不多，不宜再进行削弱；另外，外墙刚度太小，结构的扭转效应会增大，周期比不易满足规范要求。 2.假设剩余的剪力墙有 n 肢，从中选取一肢并对其位置及尺寸按照建筑功能和规范要求进行调整，并进行结构计算。调整的前提是计算结果仍然满足规范要求，目的是尽量减少剪力墙的数量；为了使结构在平面内的两个方向具有相近的刚度，剪力墙尽量布置成带翼缘的形式，即“L”或“T”型的剪力墙

9、。3.对剩下的 n-1 肢剪力墙重复进行 3 的操作，同时检查前后相邻两次计算的层间位移是否接近相等，如相邻两次计算的层间位移差小于给定的足够小的正数，则可认为各肢剪力 墙处比较合理的位置，整体优化工作结束。 4.轴压比是剪力墙设计的一个重要指标，当其偏小时说明没有充分发挥材料的力学性能，优化时可查看结构轴压比图，调整轴压比较大剪力墙的尺寸。 5.计算四（一次或多次） 构件优化设计 构件优化设计（构件超筋超限控制） ，查看相关计算图表，修改不合理部分 1.构件构造最小断面控制和截面抗剪承载力验算。 2.构件斜截面承载力验算（剪压比控制。3.构件正截面承载力验算。 4.构件最大配筋率控制。 5.

10、纯弯和偏心构件受压区高度限制。 6.竖向构件轴压比控制。 7.剪力墙局部稳定性验算。 8.梁柱节点核心区抗剪承载力验算。 6.绘制施工图 结构构造 抗震构造措施 1.钢筋最小直径限制。 2.钢筋最大最小间距要求。 3.最小配筋率要求。 4.重要部位的加强和明显不合理部分局部调整。 结语 本文提出了高层建筑的剪力墙体系结构合理布置的相关步骤及方法，对剪力墙的布置和设计工作有一定的指导作用。我们还需要进一步加大对剪力墙合理设计的探讨，推出操作性更强、效果更显著的布置方法，创造更大的社会和经济效益。 参考文献： 1 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）S.中国建筑工业出版社.2011. 2 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）S.中国建筑工业出版社.2010.