1、1高层建筑剪力墙结构设计的探讨摘要：剪力墙结构的特点就是其结构的整体性好、刚度大、用钢量少、抵抗侧向变形的能力强、抗震能力强，而合理的剪力墙结构设计能够塑造出良好的变形能力。因此，剪力墙结构的建造高度高于框架结构，在现代高层建筑中，很多房间的分隔墙多，而现浇的剪力墙结构，能够很好的将隔墙与承重墙合二为一，相对来说更加经济。本文探讨了高层建筑剪力墙结构设计。 关键词：高层；建筑；剪力墙；结构设计 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 剪力墙结构是由一系列的竖向纵、横墙和平面楼板所组成的空间结构，除承受楼板传来的竖向荷载外，还能承受风荷载及水平地震作用，这种用钢筋混凝土墙板来承受
2、竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力， 平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗2散和控制结构裂而不倒的要求。 一、剪力墙设计中的基本原则 1、剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，
3、而与柱的区别主要是其肢长与厚度的比值，当比值3 时可按柱设计，当比值在 3 到 5 之间时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。2、剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁.在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求，墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。 3、剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会
4、造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外刚度及承载力。因此应尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全。 4、墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计算宽度按以下情况取小值：剪力墙之间的间距；门窗洞口之间的翼缘宽度；墙肢总高度的 1/10；剪力墙厚度加两侧翼墙厚3度各 6 倍的长度。 二、剪力墙的分类 剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同，影响其受力特点、内力分布和变形状态，按其开洞的情况，可分为
5、整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。 1、整截面墙：剪力墙不开洞或洞口面积小于总面积的 16%，且洞口长边尺寸均小于洞口净距及洞口至墙边的净距。受力性能类似整体的悬臂构件，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。 2、整体小开洞墙：当剪力墙洞口上下对齐，成列布置，洞口稍大，形成明确的墙肢和连梁，墙肢和连梁刚度较均匀。受力性能也可按整体悬臂构件考虑，并应考虑墙肢的局部弯矩，水平荷载引起的整体弯矩的85%以上由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡，局部弯矩不超过整体弯矩的15%。 3、联肢墙：当剪力墙的洞口沿竖向成列布置，洞口面积超过墙体总面积的 16%，各墙体由
6、连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。 三、剪力墙结构的设计要点 1、剪力墙合理定位 剪力墙最好沿主轴方向或其他方向进行双向布置；对于抗震设计的剪力墙结构应特别避免仅单向有墙的结构布置形式。 （1）对一般的矩形、L 形、T 形等平面则沿着两条轴线的方向进行4布置。 （2）对于部分三角形平面、Y 形平面则可以沿其三个轴线方向布置。（3）对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。 总之剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。 剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的抗侧力刚度不宜过大。为充分发挥
7、剪力墙的抗侧力刚度和承载能力，增大剪力墙可利用空间，剪力墙的间距不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度。判断结构侧向刚度与剪力墙数量的适应程度，可以选用经验公式 T=（0.05 0.06）n，其中 n 为结构层数。公式计算出来的 T1 值与搭模计算的周期 T2 相比较，T1T2 则表示剪力墙偏多，可适当减少剪力墙数或开些适合的大洞来减小墙的刚度，反之则需要增加剪力墙数量。 2、剪力墙厚度确定 高层建筑混凝土结构技术规程中对剪力墙的截面尺寸具体规定：“按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于 200mm，其他部位不应小于 160mm；一字型独立剪力墙底部加强部位不应小于 220
8、mm，其它部位不应小于 180mm。按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，不应小于 160mm，一字型独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于 180mm。 ” 对于笔者前次设计的太阳公元住宅楼，位于 8 度区，属二级抗震剪力墙， 13 层底部加强部位剪力墙厚度采用 250mm，3 520 层剪力墙厚度采用 200mm。 3、剪力墙中大墙肢处理 剪力墙的结构必须具备延展性，对于呈细高状的剪力墙（高宽比大于 2）很容易被设计成弯曲破坏的延性剪力墙，这样一来可以避免受到脆性的剪切破坏。在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段
9、长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。 而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于 8m 的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。大墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏。为避免这种不利现象的发生，对于超过 8m 的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法： （1）开施工洞：开施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。 （2）开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。这种方式主要适用于
10、地下室外墙等不易实施开洞的项目。 4、剪力墙的连梁设计 一般连梁具有截面大、跨度小的特点。高层建筑在水平力的作用下，连梁的内力通常较大。高层建筑的连肢墙在水平力的作用下，其破坏主要分为脆性破坏及延性破坏。其中连肢墙的脆性破坏也可分为两种情况。6一是脆性破坏发生在墙肢部位，由于墙肢的抗剪能力较小而产生剪切破坏现象，这就会造成剪力墙的承载能力日益下降，而结构发生突然坍塌，这也是在设计中应极力避免的问题。在建筑的抗震规定中，要求抗震墙的截面轴压比限制及抗震等级是一、二、三级时抗震墙底部加强部位的剪力设计值的放大系数，这也是为了预防剪力墙在弯曲破坏前而产生的剪切破坏。脆性破坏的第二种情况就是当连梁产生
11、剪切破坏时，造成连肢墙各个墙肢丧失了连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁都产生了剪切破坏时，连肢墙的各墙肢就成了单片的独立墙，这就会大大降低结构的侧向刚度，加大墙肢弯矩。但是，第二种情况与第一种墙肢发生剪切破坏的情况相比，当连梁产生剪切破坏时，结构并没有失去承载的能力；而在墙肢破坏之前，只要所考虑的连梁并不承担很大的竖向荷载力，也不会造成结构的倒塌现象 总之，随着商品住宅建筑在我国城市建设中的发展，高层住宅建筑将会大量采用剪力墙结构。由于具有较好的抗震性能，且结构布置灵活、造价低、经济性好等优点，使我们在设计中更加注重各方面的优化设计，方可使结构在整体上安全合理，保证高层建筑的安全性。 参考文献： 1 高醇武.高层剪力墙结构设计中问题及处理措施J.江苏科技信息，2009（11）：14-15. 2 叶运昌.剪力墙结构设计与概念设计J.广东科技.2009（6） :45-46. 73 张瑞文.框架-剪力墙高层建筑结构优化设计研究J.山西建筑，2010（1）：87-89. 4 沈蒲生,孟焕陵. 基于优化原理框-剪结构中剪力墙合理数量J.湖南大学学报(自然科学版). 2006(05)
