1、刍议高层建筑剪力墙结构设计优化措施摘要：剪力墙结构是高层建筑中最常用的结构方式，主要承担纵向荷载和水平荷载。由于剪力墙纵向、横向的刚度都非常大,能有效地抗击水平荷载。一般的水平荷载很难时期发生侧移，所以在高层建筑中应用最为广泛。作为设计师，应不断研究高层建筑剪力墙结构设计，能有效地解决设计中的重点难点问题，设计出最优秀的作品。 关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计；优化措施 中图分类号：TU398+.2 文献标识码：A 文章编号： 引言 剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及梁、板所组成的空间结构，承受竖向荷载和水平荷载，是高层建筑中常用的结构形式。由于纵向、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大
2、，在水平荷载的作用下，侧移较小，因此这种结构抗震及抗风性能都较强，适宜于建造层数较多的高层建筑。结构工程师应该在剪力墙设计中把握要点，使结构安全、经济。 1.进行合理的结构布置，提高高层建筑剪力墙的抗震性 1.1 合理进行平面布置 一是高层建筑剪力墙结构平面形状应该尽量保障其规则、简单、对称,具有分布均匀的承载力和刚度，一些不规则的平面形状则不宜采用,以便最大限度地减少扭转对其的影响；二是必须考虑到风压对其的影响，确保其对于纵向荷载和水平荷载具有较强的抗击力。三是剪力墙结构应具有较好的空间工作性能，因此剪力墙结构中的剪力墙应双向布置，以便形成空间结构。抗震设计的剪力墙结构，应避免单向布置剪力墙
3、，并宜使剪力墙结构两个方向的抗侧刚度相接近。剪力墙墙肢的截面宜简单、规则。 1.2 合理进行竖向布置原则 一是竖向布置应确保墙体造型规则、均匀,尽可能地避免有较大的内收和外挑,以免使抗侧力结构的承载力和侧向刚度发生突变；但允许沿高度改变剪力墙的厚度和混凝土的强度等级，或减少部分剪力墙墙肢，使结构抗侧刚度沿高度逐渐减小。二是为了底部大空间需要的剪力墙结构,底层或底层若干层剪力墙若不落地,可能会产生刚度突变,这时，应尽可能地使其它落地剪力墙、筒体或柱的截面尺寸增加一些,并对相应楼层混凝土等级进行适当地提高，以减少刚度的变化。 2.剪力墙结构的设计要点 2.1 剪力墙布置 剪力墙布置必须均匀合理，使
4、整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且 x、y 两向的刚重比接近。在结构布置时应尽量避免仅单向有墙的结构布置形式，以使其具有较好的空间工作性能，并且使两个受力方向的抗侧刚度接近，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的 2.5 倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件两个方向均应布置成长墙。 2.2 剪力墙厚度确定 剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，其门窗洞口最好成列布置、上下对齐，形成明确的连梁和墙肢。避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，在抗震结构设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位最好不要采用错洞墙，二、三级抗震
5、等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。 高层建筑混凝土结构技术规程中对剪力墙的截面尺寸做了详细具体的规定。 2.3 剪力墙配筋 对于剪力墙结构来说，剪力墙是面广量大的，合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率，一、二、三级抗震设计时均不应小于 0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时均不应小于0.20%；钢筋间距不应大于 300mm；分布钢筋直径均不应小于 8mm。另外新抗规中规定，竖向钢筋直径不应小于 10mm。房屋顶层剪力墙以及长矩形平面房屋的楼梯和电梯
6、间剪力墙、端开间的纵向剪力墙、端山墙的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率不应小于 0.25%，钢筋间距不应大于200mm。加强区 10200，非加强区 8200 双层双向即可。双排钢筋之间采用 6600600 拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。 2.4 设置边缘构件 对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区 0.7%，一般部位 0.5%。对于短肢剪力墙，控制配筋率加强区1.2%，一般部位 1.0%；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区 1.2%，一般部位 1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设
7、计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。 优化高层建筑剪力墙结构设计的措施 3.1 注重转换层结构设计 高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部伸部)和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力，设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多
8、取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。 3.2 优化连梁设计 根据高规在连梁设计方面的规定，对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于 25 及小于 25 两种情况在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法：(1)在内力计算前将连梁刚度进行折减；(2)在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。无论采用何种方法连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地
9、震作用下连梁出现裂缝。同时要注重连梁的固结处理。3.3 加强部位的设计 在剪力墙设计时，一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的 110 和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上 2 层的高度及墙肢总高度的 110 二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下 1 层，此时地下 1 层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下 1 层，并根据不同的抗震等级设置构造边缘构件或约束边缘构件。 4.剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计 振动台模拟地震
10、试验结果表明建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，剪力墙在平面上分布要求均匀，使其钢度中心和建筑物质中心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度(宜取 250mm，对低部外围的小墙肢根据需要可
11、取用300ram)，加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比，以提高墙肢的承载力延性，高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁)宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求等。 5.结束语 综上所述，高层建筑剪力墙结构设计直接关系着高层建筑的抗震性、稳定性，作为设计人员应予以高度重视，不断探究高层建筑剪力墙结构设计，更新设计理念，创新设计方法，提高设计质量，以提高高层建筑剪力墙结构的抗震性。 参考文献： 1韩桂发.浅析高层住宅结构设计与体会J.价值工程,2010. 2陈崇冈.高层建筑剪力墙结构的设计要点J.中国高新技术企业,2010 . 3揭林.高层剪力墙结构设计与施工技术分析J.黑龙江科技信息,2010 .
