1、关于高层建筑剪力墙结构设计的探讨摘 要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构，被广泛运用于现代高层建筑。本文结合具体设计实例对剪力墙结构设计进行探讨。 关键词：高层建筑剪力墙结构设计 Abstract: Shear wall structure as the main structure in high-rise buildings, the shear wall structure is a special construction to adapt to the requirements of form and is widely used in
2、modern high-rise buildings. In this paper, it is combined with specific examples of design of shear wall structure design. Key words: high-rise building; shear wall; structural design; 中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号： 前言：相相比框架结构，剪力墙结构既可以包管结构安全可靠性，又可以让室内空间合理、墙面平整，因此高层建筑结构中越来越多地采用剪力墙结构，剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框
3、剪结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调使得的竖向位移差异，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。 1 工程概况 某工程由 9 栋 1823 层建筑组成。其中 l 号楼为 23 层，总高度72m，平面图如下： 剪力墙结构的平面布置及概念设计 2003 年后，新规范建筑抗震设计规范GB5001l 一 2001(以下简称抗震规范)及高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ32002(以下简称高规)颁布实施，2008 年汶川 I 地震之后，又出了建筑抗震设计规范GB500112001(2008 版)。新规范对剪力墙结构的规定更为严格和详细。 新规范将剪力墙边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件
4、，并对短肢剪力墙做了更严格的限制。所谓短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为 5-8 的剪力墙，一般剪力墙则是指墙肢截面高度与厚度之比大于 8 的剪力墙。从平面出可以看出，作者在本工程中，基本都采用的是一般剪力墙，只有在极个别地方才出现少数短肢剪力墙，从而初步保证了建筑物的抗震性能。 抗震规范中规定，钢筋混凝土剪力墙结构的建筑，弹性层问位移角限值为 11000。要满足这点要求，就必须保证建筑物有一定的侧向刚度，这就要求抗震墙的面积有一定的保证。在本设计中，为了做到安全和经济，作者将其楼层层间最大位移与层高之比控制在 1110011200 之间。在平面布置剪力墙时，将底部剪力墙截面总面积与楼面面
5、积之比控制在 6-8，剪力墙的体积与总建筑面积之比大约在 1620。主要布置原则，建筑物四角及核心筒加强布置，其余剪力墙结合建筑使用功能布置。剪力墙平面上分布力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应，并通过改变墙肢长度和连梁高度调整刚心位置。结合建筑平面，采用 L，T，Z，十字形等截面形式，且翼缘长度大于其厚度 3 倍。避免采用一字型剪力墙抗震性能较差。墙肢之问的梁净跨不大于 60m，这样梁高也控制在 500 以内，不影响室内净高。在底部加强区，为满足“简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的 50”的要求，大部分墙肢截面高厚比大于8，使
6、之成为一般剪力墙，非加强区则可视情况将墙肢长度适当减小或在墙肢上开小洞口。 3 剪力墙墙肢截面厚度 高规(JGJ32002)第 7.2.2 条第 13 款规定了剪力墙的最小厚度，其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。现将第 13 款的要求列表如下，见表 1。 对短肢剪力墙结构，高规(JGJ32002)规定其抗震等级应比表 4.8.2规定的抗震等级提高一级采用，本工程位于度区，故普通剪力墙的抗震等级为三级，短肢剪力墙的抗震等级为二级。因底层层高较高，为5.1m，再考虑基础承台埋深，故底层普通剪力墙厚取为 300mm。二，三层仍为底部加强区，综合控制轴压比考虑，墙厚取为 250mm。四 ,
7、六层大部分墙厚取 200mm，个别短肢剪力墙及轴压比较大的墙厚仍取 250mm。七层楼面以上墙厚统一为 200mm。均能满足规范要求。在布置剪力墙时，结合建筑平面，尽量不用一字形剪力墙，而采用 L，T，z，十字形等截面形式，且翼缘长度大于其厚度的 3 倍，这样，一方面墙体抗震性能更好，另一方面墙厚也可取为剪力墙无肢长度的 120。 对底层少数短肢剪力墙，底部加强区墙厚 300ram 仍小于 116 墙高度，则按高规(JGJ32002)附录 D 验算墙体稳定： 墙顶等效竖向均布荷载设计值 q 应满足： 4 约束边缘构件的设计 抗震规范(GB50011-2001)及高规(JGJ32002)规定，一
8、、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设计约束边缘构件，在阴影部分箍筋的体积配箍率 P 按下式计算： 约束边缘构件最小体积配箍率见表 2。 箍筋或拉筋采用+10，肢距不大于 250ram 时，高规(JGJ32002)图7.2.16 所示阴影部分箍筋的体积配箍率见表 35。 本工程普通剪力墙为三级抗震，只须设置构造边缘构件。部分短肢剪力墙为二级，在底层加强区必须设置约束边缘构件。对于剪力墙约束边缘构件范围内非阴影部分的配箍，作者认为不能简单将箍筋或拉筋间距取为阴影部分间距的 2 倍，即 200mm 和 300mm。因为抗震规范(GB50011200t)表 6.4.8 规定，一、
9、二级剪力墙底部加强部位构造边缘构件箍筋沿竖向最大间距为 100mm 和 150mm。作为轴压比更大的剪力墙约束边缘构件，其箍筋或拉筋的设置标准不宜低于相同抗震等级构造边缘构件的要求。 还需指出的是，为了充分发挥约束边缘构件的作用，箍筋的长边不宜大于短边的 3 倍，且相邻 2 个箍筋应至少相互搭接 13 长边的距离。 5 剪力墙水平分布筋在边缘构件中的锚固 边缘构件(包括端柱)并不是剪力墙墙身的支座，其本身是剪力墙的一部分，它与剪力墙墙身之间的连接不是不同构件之间的连接，不能套用比如梁与柱连接的做法。剪力墙水平分布筋是用以抵抗水平地震作用产生的剪力，是按整片墙肢进行配置的，并未扣除边缘构件的长度
10、；而剪力墙边缘构件中箍筋的作用是约束混凝土，改善混凝土的受压性能，使剪力墙在地震作用下具有较好的延性和耗能能力，规范中并未明确考虑其抵抗水平剪力。两者所起的作用不同，不宜混用。故在设计说明中，作者明确必须将水平分布筋伸至墙肢端部，并垂直弯折 15d(Ya 端柱当锚入长度不小于 1a 或 1ae 时可不弯折)。 6 连梁的配筋 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，保证连粱的弯曲破坏先于剪切破坏。因此，不能人为加大连梁的纵筋，否则，可能无法满足“强剪弱弯”的要求。高规中推导出了连梁的纵筋最大配筋率和对应的箍筋面积配
11、箍率，作者认为，其推导过程有值得商榷的地方，例如的表达式中应为 ，修正后得抗震设计时的 和 如下： 跨高比大于 25 时： 跨高比不大于 25 时： 另外，应注意的是，认为加大箍筋就能保证“强剪弱弯”是不正确的，当连梁不满足截面控制条件时，盲目增加配箍的结果会导致箍筋充分发挥作用之前，连梁就己发生剪切破坏。根据高规(JGJ32002)第7.2.12 和 7.2.13 条的公式可得出连梁的最大面积配箍率如下： 跨高比大于 2.5 时： 跨高比不大于 25 时： 式中：截面剪压比，02(跨高比大于 25 时)，015(跨高比不大于 25 时) 混凝土强度影响系数，按高规 qGJ32002)第 62
12、6 条的规定采用； 一连梁剪力增大系数，一级取 1.3，二级取 1.2，三级取 1.1。 本工程中连梁尺寸取为 200x50Omm，经验算，均可满足要求。 7 计算结果 剪力墙布置完毕之后，经中科院结构软件 PKPM 计算，建筑物的弹性层间位移角为 l1105，各剪力墙轴压比在 0.3 0.6 之间，第一扭转周期与第一周期之 LL4,于 0.9，最大层间位移与平均层间位移的比值均小于 1.3，符合规范各项要求。从而在安全性和经济性两方面都达到要求。 8 结论 总而言之，由于剪力墙结构简洁、宽敞，应用功能好，为住户 的自行改造增大了灵活性，加大了应用面积，在高层住宅中的 运用将会越来越广泛。由于具有较好的抗震性能， 且结构部署灵活、造价低、经济性好等长处，使咱们在设计中 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， 包管高层建筑的安全性。
