1、1高层剪力墙结构设计实例分析【摘要】：结构式建筑的基础，剪力墙是结构竖向的主要承重体系，同时也是抵抗水平方向力不可缺少的部分。笔者通过国内某建筑结构设计实例，阐述了高层建筑结构设计的设计方案以及相应构造应采取的措施。 【关键词】：高层建筑；剪力墙；设计 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 剪力墙结构体系是指利用建筑物墙体作为建筑的竖向承重体系，并用它抵抗水平力的结构体系。在受力方面，因为剪力墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在地震作用下，其变形小，破坏程度低，可以设计成延性剪力墙，大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性变形耗散地震能量。这种体
2、系在高层住宅、公寓和旅馆建筑中广泛应用。所以有必要对剪力墙结构进行合理设计以满足安全、经济、合理的要求。 一、剪力墙结构设计要点 在进行高层建筑结构设计时，必须要清晰掌握这种建筑相对于低多层建筑来说所具有的特征，只有这样才能准确地就其特殊性而作出相应的设计措施。笔者总结了高层建筑结构设计特点主要有以下几点： （一）水平荷载是高层剪力墙结构设计时的决定性因素 2这是因为结构由自重等竖向荷载产生的轴力和弯矩的大小，仅与楼房高度的一次方成正比；而结构由于水平荷载产生的倾覆力矩及在竖构件中产生的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；同时，对于同一建筑来说，自重等竖向荷载基本上是定值，而风荷载和地震作用等水
3、平荷载，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 （二）轴向变形不容忽视 因为在高层建筑中，自重等竖向荷载很大，能够使柱产生较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生较大的影响，对预制构件的下料长度产生影响，另外对构件的剪力和侧移也会产生影响，较易造成结构设计不够安全。 （三）侧移是高层剪力墙结构设计的关键因素 水平荷载下结构的侧移变形随着楼房高度的增加迅速增大，因此水平荷载作用下结构的侧移应控制在规定限度之内。 （四）结构延性是高层建筑结构设计的重要设计指标 与低多层建筑相比，高层建筑结构在地震作用下的变形更大一些。为了能让结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，防止建筑倒塌，必须
4、采取一定的构造措施，以保证结构具有足够的延性。 二、设计实例 （一）项目简介 本项目为 24 层的高层建筑大楼，该建筑高度为 81.2m，该高层建筑底下 3 层主要用于商业活动，4 层为设备夹层，其余层主要用于酒店，地下设有一层地下室。抗震设防烈度为 7 度，场地类型为类。 3（二）主体结构选型 由于本高层建筑为 24 层，高度为 81.2m，属于高层建筑，同时结合高层建筑结构设计的特点，主体结构采用双向现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。该结构体系能较好地满足建筑使用功能，剪力墙结合建筑功能双向均匀对称布置贯通落地，结构横向高宽比为 4.27，小于 7，采用框架剪力墙结构能够满足结构抗震、抗风和承
5、受重力荷载作用等各项技术要求，结构整体位移、稳定及构件节点延性也都能较好地满足要求。 （三）楼盖结构选型及楼屋面板设计 由于本高层建筑主体结构采用了双向现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，为了能与之相适应，楼盖结构也应选用现浇钢筋混凝土梁板结构。结合建筑平面布置，考虑有利于提高结构横向刚度，楼盖次梁沿横向布置，支承于纵向框架梁上。楼屋面板采用多跨连续板，其中商业层板厚120mm，其余层为 100mm。 （四）剪力墙截面 本高层建筑的剪力墙端柱以及剪力墙厚度，分别见表 1 和表 2 所示：表 1 剪力墙端柱截面尺寸（单位：mm） （五）高层建筑结构设计及构造要求 结合本项目的高层建筑框架剪力墙结构为例
6、，说明该高层建筑结构设计及构造要求。本高层建筑的框架剪力墙中的框架和剪力墙的截面设4计除了满足框架和剪力墙截面设计的一般原则外，还重点采取以下几点设计要求： （一）框架部分 抗震等级、适用高度和高宽比的调整对本高层建筑进行抗震设计时，地震造成的对房屋的倾覆力由框架和剪力墙两部分共同承担。若由框架承担的部分大于倾覆力矩的 50%以上时，说明框架部分已居于较主要地位，应加强其抗震能力的储备。如可以通过按纯框架结构的要求来确定其抗震等级或轴压比按纯框架结构的规定限制来实现。适用高度和高宽比则可取框架结构和剪力墙结构两者之间的值，视框架部分承担总倾覆力矩的百分比而定，当框架部分承担的百分比接近于 0
7、时，取接近剪力墙结构的适用高度和高宽比；当框架部分承担的百分比接近于 100%时，取接近框架结构的适用高度和高宽比。 （二）框架剪力墙中框架总剪力的调整 框架剪力墙结构中，柱和剪力墙相比，其抗剪刚度很小，故在地震作用下，楼层因地震引起的总剪力主要由剪力墙来承担，框架柱只承担很小一部分，因此框架由于地震作用所造成的内力很小，而框架作为抗震的第二道防线，过于单薄是不利的，为了保证框架部分有一定的抗震能力储备，规定框架部分所承担的地震剪力不应小于一定的值。框架剪力的调整应在楼层剪力满足楼层最小剪力系数的前提下进行。 （三）构造措施设计 本高层建筑框架剪力墙结构中剪力墙的配筋的构造要求：剪力墙都是主要
8、的抗侧力构件，承担较大的水平剪力。因此，必须规定剪力墙设5计的最基本的构造要求，使剪力墙具有最低限度的强度和延性保证，同时本工程中还对剪力墙周边设置的梁和端柱，其配筋和截面尺寸也应符合相应的要求。 三、高层结构设计分析 （一）水平位移的控制设计 鉴于高层建筑受风荷载和地震作用的影响较大，为此本工程重点对风荷载和地震作用下结构的水平位移进行了分析。在承载力的使用条件下，高层建筑结构应具有足够的刚度，避免产生过大的位移影响结构的承载力、稳定性和使用要求。而在正常使用条件下，限制侧向变形的主要原因有：防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装饰开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过
9、大的侧移使结构产生附加内力。荷载作用下高层结构的水平位移按弹性方法计算，确保高层建筑结构的层间弹性水平位移应满足（）max=1/800。 本工程中，结构在风荷载作用下，顶点水平位移x=0.018m，y=0.040m，则=， ，满足要求；最大层间相对水平位移：（）max=， （）max=，满足要求。 本工程中，结构在地震荷载作用下，顶点水平位移 ex=0.039m，则ey=0.040m，则， （）=， （）=，满足要求；最大层间相对水平位移：（）max=， （）max=满足要求。 （二）结构整体稳定分析 鉴于高层建筑结构的刚度一般较大，且有许多楼板作为横向隔板，所以高层建筑在竖向重力荷载作用下产
10、生整体失稳的可能性较小。高层6建筑结构的稳定验算主要是控制在风荷载或地震荷载作用下，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。一般高层建筑结构构件的长细比不大，其挠曲二阶效应的影响相对很小，一般可以忽略。但由于高层建筑结构的侧移较大，约为楼层层高的 1/30001/500，重力荷载的 p- 效应相对明显，可使结构的位移和内力增加，甚至导致结构失稳。因此，高层建筑结构的稳定设计，主要是控制和验算结构在风或地震作用下，重力荷载产生的 p- 效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳。 本高层建筑结构中，经对其进行结构整体稳定验算，验算结果如下：1325 层各层重力荷载设计值
11、G1=9384kN，412 层各层重力荷载设计值G2=9572kN，1325 层各层重力荷载设计值G3=23816kN。EJdy=7.968109kN.m2。因此，本高层结构的双向整体稳定满足规范要求。 四、结论 本文结合笔者从事结构设计实践经验，提出高层建筑相对低多层建筑的特殊性。通过某高层建筑结构设计实例，对高层结构的主体结构选型、楼盖结构选型及楼屋面板设计以及剪力墙截面设计进行概述；同时提出在高层建筑结构设计中应重点注意框架部分抗震等级、适用高度和高宽比的调整、框架剪力墙中框架总剪力的调整、构造要求，对本高层建筑的侧移控制以及结构整体稳定性进行验算分析，分析结果表明采取的设计方法可有效地提高高层建筑设计的经济性与安全性。 【参考文献】： 7【1】贾丽霞.高层建筑结构基于性能抗震设计思想的应用【J】.结构工程师，2011，27（2）. 【2】王强.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计【J】.住宅科技，2008，31（10）. 【3】于润东，袁牧.成都某不对称连体高层建筑结构设计【J】.建筑结构，2010，40（9）. 【4】周云.高层建筑结构设计【M】.武汉：武汉理工大学出版社，2006.
