1、1高层建筑剪力墙结构设计初探摘要：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、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。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： TU97 文献标识码： A 文章编号： 随着经济的快速发展与人口数量的增加，高层建筑也越来越普遍，为了满足抗震要求，剪力墙广泛应用于高层建筑中。剪力墙结构刚度大, 整体性好, 用钢量较省
2、, 在高层住宅、旅馆等居住性建筑中, 居室和客房均为小房间, 分隔墙较多。采用现浇剪力墙结构, 可以将承重墙与分隔墙合二为一, 相对来说比较经济。另外, 室内较框架结构简洁, 没有露梁、露柱现象。外形美观, 便于室内布置, 使用功能更好, 且增大了使用面积。因此受到了开发商和业主的广泛欢迎。 一、剪力墙的基本概念 剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受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2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
3、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、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。 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
4、。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3面积的 16%，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。 三、选择效率较高的剪力墙结构方案 只有当建筑结构的施工安全得到了保障之后，才能够在诸多的
5、方案中进行对比选择，并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下，选取适合此高层建筑的结构形式。在框支剪力墙的结构当中，短肢剪力墙结构也是一个很好的选择。在框支剪力墙的结构中，为了尽量将上下层的刚度变化适度，可以采用短肢剪力墙结构这一减少了剪力墙刚度的方式。例如使用加大下一层的刚度，其经济效益就较为明显。 如果高层建筑物的层数大于 18，最好还是选取普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中，会导致其刚度不达标，从而导致结构的安全性能也受到其影响。 四、结构构件计算与配筋 在对结构的整体合理性进行计算判断和调整之后, 主要工作就是对结构构件的截面优化、内力和配筋计算。 1、
6、剪力墙墙身。剪力墙中存在竖向及水平向分布钢筋, 应通过计算和构造要求确定其用量。应分别验算正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力。水平筋与竖向筋对抵抗斜裂缝都有作用, 它们各自作用的大小与剪跨比、斜裂缝倾斜角度有关。但在设计中, 通常将二者的功能分开: 竖向分布筋抵抗弯矩, 而水平分布筋抵抗剪力。因此斜截面抗剪承载力计算的主要目的, 是在一定的截面尺寸及混凝土等级下, 计算水平分布筋的面积。剪力墙分布钢筋的配置应该满足以下要求: 竖向和水平分布4筋的配筋率, 一、二、三级抗震设计均不应小于 0.25%, 四级抗震设计和非抗震设计时不应小于 0.20%; 一般剪力墙竖向和水平分布筋间距均不应大于 3
7、00mm, 分布筋直径不应小于 8mm。这是高规中的黑体字部分, 应该特别重视。 2、边缘构件。在矩形墙两端增加边缘构件不但能较显著的提高墙体的延性, 还能防止剪力墙发生水平剪切滑动, 提高抗剪能力。边缘构件根据结构形式和受力状况分为约束边缘构件和构造边缘构件两类, 其约束能力与边缘构件的配筋范围、配箍量及配筋形式有关。约束边缘构件范围的阴影部分为体积配箍率 v 区域, 阴影之外部分为体积配箍率v /2 区域。阴影部分外围应该采用封闭箍筋, 因为封闭箍筋越多对混凝土的约束能力越强, 承压、抗剪能力提高越多。约束边缘构件纵向钢筋的最小截面面积, 一、二、三级抗震设计时分别不应小于阴影面积的1.2
8、% 、1.0%和 1.0%并且分别不应小于 816、616 和614。非阴影部分为边缘构件和剪力墙之间共有的过渡部分, 这部分的纵筋为剪力墙的竖向分布筋, 但间距应与拉筋配合且不小于剪力墙竖向分布筋间距, 水平筋就是剪力墙的水平分布筋。构造边缘构件纵向钢筋应满足受弯承载力要求且满足根据阴影部分面积计算得出的最小纵筋量的要求。箍筋应该满足构造规定。 3、连梁。在墙体和连梁的协同工作中, 剪力墙应该有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下, 连梁起着联系墙肢、且增大剪力墙刚度的作用, 承受弯矩和剪力, 结构处于弹性工作状态, 连梁不应该产生塑性铰。抗震时, 连梁是抗震的第一道防线, 剪力
9、墙是第二道5防线。连梁由于跨高比小, 与之相连的墙肢刚度大等原因, 在水平力作用下的内力往往很大, 连梁屈服时表现为梁端出现裂缝, 刚度减弱, 内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时, 需要对连梁刚度进行折减。但规范规定折减系数不宜小于 0.50, 一般设计在 0.5- 1.0 之间取值。进行刚度折减后仍然出现正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力不够的情况, 可以减小连梁的高度, 使整体刚度减小, 从而减少地震作用的影响。此外增加剪力墙的厚度及提高混凝土的等级也有可能使连梁不超限。 4、剪力墙连梁超筋的处理 对于在剪力墙结构设计中，连梁超筋作为常见现象实质上是剪力不满足剪压比要求。最易连梁超筋
10、的地方，一般位于剪力墙结构中总高度1/3 左右的楼层，比如 15 层的房子便是在 5 层。平面中当墙段较长时，超筋现象则多出现在其中部的连梁。尤其是墙段中墙肢截面高度大小相对悬殊时，容易在墙肢处发生连梁超筋现象。 剪力墙结构中连梁对剪切变形非常敏感，对于如何处理剪力墙连梁不满足连梁尺寸要求的情况， 高规中提出了如下几种解决方案： （1）减小连梁的截面高度。 （2）抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅。 （3）当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋计算。 随着商品住
11、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6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 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(01) 2 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) 3 唐虎,胡海清. 框架-剪力墙结构设计中出现的几个问题及解决方法J. 铁道标准设计. 2009(09) 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) 5 叶运昌. 剪力墙结构设计与概念设计J. 广东科技. 2009(06)
