高层剪力墙结构设计探讨及要点.doc

1、高层剪力墙结构设计探讨及要点摘要：本文主要对高层剪力墙在结构布置、梁板布置、连续化方法计算联肢剪力墙等三方面的设计及控制要点进行了分析。 关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计 Abstract: This paper mainly for high-rise shear wall in the structure arrangement, beam and plate layout, continuous calculation method of shear wall linked three aspects such as the design and control are analyze

2、d. Key words: high-rise building; shear wall; structural design 中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号： 一、结构布置设计要点 剪力墙的位置要遵循均匀、分散、对称和周边的原则，应沿房屋纵横两个方向布置。剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及两端楼（电）梯处，在结构中部尽量减少剪力墙的布置量。在平面布置上尽可能均匀、对称，以减小结构扭转。不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近。沿高度均匀变化；在竖向布置上应贯通房屋全高，使结构上下刚度连续、均匀。多均匀长墙（增加抗侧刚度和减少剪力墙数和混凝土用

3、量） ，少短墙（抗震性差） ；可布置成单片形（不少于三道，长度不超过 8m） 、L 形、T 形、工字形、十字形或筒形最佳，H/L2,少复杂形状转折。洞口布置在截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。 为了保证楼（屋）盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，应控制剪力墙的最大间距。而剪力墙的厚度则由以下因素确定： （1）通过结构分析，在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度； （2）不同抗震等级的轴压比的限制； （3）构造性及稳定性要求（而稳定性一般会满足） ； （4）对于普通的住宅建筑在 7 度或 8 度地区，墙厚大多情况下是按稳定性和 构造要求所控制的； 首

4、先剪力墙厚度应满足高规7.2.1 条 7.7.2 条规定（其实是高厚比要求） ，当不能满足上面几条的时候应按高规附录 D 计算墙体的稳定,从大量工程实例看,按高规附录 D 计算的墙厚比高规7.2.1条 7.7.2 条规定的小得多1。故稳定性一般会满足；此时剪力墙墙厚主要由构造与施工要求控制。建筑物高度在百米以下时剪力墙厚度一般取200300mm。 剪力墙墙肢长度不能太短，否则就短肢(4-8 倍)，不能太长（大于8m） ，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断。故我们控制剪力墙的墙肢长度大于厚度的 8 倍一点点，比如 200 墙；取 1650 墙肢长度，300 墙取 2450 墙肢长度就

5、行，但整个剪力墙的墙肢长度一般不要超过 4m，当墙的长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成两段长度较小的墙段。用以分割墙段的洞口上可设置约束弯矩较小的弱连梁(其跨高比一般宜大于 6)。墙肢旁边为门垛时，门垛与墙肢合为整体。门窗边离墙肢距离较近时（200mm） ，墙肢作适当加长，做至门窗边。墙肢翼缘尺寸宜500mm。 二、梁板布置设计控制要点 对高层住宅,荷载一般不大,楼板绝大多数均为构造配筋,板厚就决定了楼板用钢量的大小,所以楼板厚度一般按挠度、裂缝及板内设备穿管的最低要求取值,不必过厚。 客厅、卧室、厨房、卫生间： LO(短跨)2.9m,h=90mm；LO=2.93.9m,h=100mm；LO

6、=4.04.4m，h=110；LO=4.54.8m，h=120；LO=4.95.2m，h=130 阳台：h=90 屋面板:h120,屋面板负筋拉通筋应优先用 10200 或10180（HRB335） ，板面通长钢筋不足时，板支座处另设计附加钢筋，施工图中应注明贯通钢筋与附加支座钢筋应间隔错开布置； 楼层梁布置时,应保证梁具有简单明确的传力路径,避免多重次梁、多次传力的情况。剪力墙结构中的梁经济跨度一般在 3.05.0m 之间;若非刚度及连接一字形墙的需要,不宜设置高连梁；建筑的洞口顶可设置后浇过梁2,再砌梁上填充墙;较小跨度(3.6m 以内)的板上有隔墙或开有洞口时,墙位置或洞口边可不设置梁,

7、可在板内设置加强筋的方式予以解决。梁截面一般按如下规定取： 外墙梁：200(250)600 内墙框梁：200(250)400600 内墙小梁：200300400 阳台挑梁和边梁：200400（受力较大处，不影响立面处可加大） 100 厚小隔墙下梁：150300350 三、连续化方法计算联肢剪力墙 对于联肢墙，连续化方法是一种相对比较精确的手算方法，而且通过连续化方法可以清楚地了解剪力墙受力和变形的一些规律。连续化方法把连梁看做分散在整个高度上的连续连杆。 基本假定 （1）连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替（连梁连续化假定） ； a 结构尺寸； b 计算简图；c

8、 基本体系 （2）忽略连梁轴向变形，即假定两墙肢水平位移完全相同，同一标高处，两肢墙的转角和曲率相等。 （3）层高 h 和惯性矩 I1、I2、Ib 及面积 A1、A2、Ab 等参数，沿高度均为常数。2方程的建立在连梁的反弯点处切开，双肢墙变成两个静定的悬臂墙，切口处的轴力 (x)和剪应力 (x)是未知力，由切点处的相对位移为零的变形协调条件，可得沿剪应力 (x)方向的变形连续条件的表达式： 1(x)由墙肢的弯曲和剪切变形产生的竖向相对位移； 2(x)由墙肢的轴向变形产生的竖向相对位移； 3(x)由连梁的弯曲和剪切变形产生的竖向相对位移。 在 x 处作截面截断双肢墙，由平衡条件有: 3联肢墙的内

9、力计算 由以上两式，可得连梁中点处的剪应力 (x)，计算 j 层连梁内力，用该连梁中点处的剪应力乘以层高得剪力（近似于层高范围内积分） ，剪力乘连梁净跨度的 1/2 得连梁根部的弯矩： 墙肢的总弯矩和总剪力：式中，Mpj，Vpj第 j 层由于外荷载产生的弯矩和剪力。ms第 s 层（si）的总约束弯矩： 式中, 是墙肢考虑剪切变形后的折算惯性矩：4联肢墙计算结果讨论 （1）整体系数 式中，s联肢墙洞口列数，s+1 即为墙肢数； ai，ci2ai，2ci 分别为第 i 个洞口的净宽及相邻墙肢重心到重心的距离； T轴向变形影响参数；第 i 列连梁的惯性矩。 值小，说明洞口很大，连梁的刚度相对很小，墙

10、肢的刚度又相对较大，连梁的约束作用很弱，水平力作用下，双肢墙转化为由连梁铰结的两根悬臂墙。当洞口很小，连梁的刚度很大，墙肢的刚度又相对较小时， 值较大。连梁的约束作用很强，墙的整体性很好，双肢墙转化为整体悬臂墙。这时，墙肢中的轴力抵抗了水平荷载产生的弯矩的大部分，墙肢中的局部弯矩较小。当 值介于上述两种情况之间时3，墙肢截面上的实际正应力，可以看作是由两部分弯曲应力组成，其中一部分是作为整体悬臂墙作用产生的弯曲正应力，另一部分是作用独立悬臂墙作用产生的局部弯曲正应力。 （2）联肢墙侧移和内力分布 联肢墙的侧移曲线呈弯曲型，整体系数 越大，墙的抗侧刚度越大，侧移减小；整体系数 越大，墙肢弯矩越小

11、。连梁最大剪力在中部某个高度，向上、下都逐渐减小。整体系数 越大，剪力增大，最大剪力位置越接近底截面。因为墙肢轴力是该截面上所有连梁剪力之和，整体系数 越大，墙肢轴力增大。 （3）墙肢剪切变形和轴向变形的影响 20层联肢墙分以下三种情况按连续化方法计算得到的内力和位移比较图。第一种考虑弯曲、轴向、剪切变形；第二种考虑弯曲、轴向变形；第三种仅考虑弯曲变形。第一种和第二种计算结果对比发现，不考虑剪切变形，误差不大，不超过 10%。从第一种和第三种计算结果对比发现，不考虑轴向变形的影响误差较大。层数愈多，轴向变形的影响越大。 高规：对 50m 以上或高宽比大于 4 的结构，宜考虑墙肢在水平荷载作用下的轴向变形对内力和位移的影响。 参考文献： 1 李东升.高层剪力墙结构设计新规定探讨J.山西建筑,2011,37(1):36-37.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2011.01.022. 2 殷伟锋.浅谈高层剪力墙结构设计中的若干问题J.城市建设理论研究（电子版）,2011,(21). 3 殷伟锋.浅谈高层剪力墙结构设计中的若干问题J.城市建设理论研究（电子版）,2011,(27).