高层剪力墙结构的设计建议
摘要：剪力墙在高层住宅中能广泛应用，其中很重要的原因是其刚度和强度比较大，能够很好的抵抗地震作用。特别是在大震作用下，可以首先屈服连梁来降低结构的刚度，降低地震的危害。所以剪力墙能够很好的满足规范中规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计原则。
关键词：高层结构；剪力墙；受力；设计
为了适应人们对生活水 提出的更高的要求，也为了适应经济发展的步伐，更多的高层建筑出现在各个城市中。人们在享受高层建筑所带来的益处的同时，也面临了新的问题。就是高层建筑的承重问题。于是越来越多的剪力墙结构被广泛的应用在高层建筑中。但是剪力墙的设计也有一定的原则和注意事项。
一、剪力墙结构的布置及概念设计
应沿主轴方向或其他方向双向或多向布置剪力墙，尽量拉对齐通。从经济和安全性方面考虑，剪力墙的间距不应当过于密集，侧向刚度不适合过大，应让两个方向抗侧刚度靠近；剪力墙的门窗洞口应上下对齐，成列布置，成明确的墙肢和连梁，避免出现错洞墙；为减小扭转效应，平面分布上要力求均匀，刚度中心和建筑物质心尽量接近。高宽比大于2的剪力墙可以设计成弯曲破坏的延性剪力墙以避免脆性的剪切破坏；可将较长的剪力墙分成若干均匀的独立墙段，相邻独立墙段间用楼板或弱的连梁连接起来，因为它的受剪脆性往往容易被破坏；应用于住宅建筑的短肢剪力墙结构，既利于建筑布置，又可减轻结构自重。但由于其抗震性能较差，8度设防区房屋层数较多时，应慎重采用，可在短肢剪力墙结构中设置筒体或一般剪力墙，形成短肢剪力墙与一般剪力墙共同抵抗水平力的结构。抗震设计时，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部倾覆力矩应大于结构底部地震倾覆力矩的50％。
在水平地震作用下，高层短肢剪力墙结构主要表现为整体弯曲变形，底部外围的小墙肢承由于竖向荷载较大，破坏严重，特别是一字形小墙肢的破坏最为严重。可增加建筑物周边墙肢长度或连梁高度来消除扭转不规则，从而使结构的抗扭刚度明显增大。为了提高墙肢的承载力和延性，还需加强边缘构件配筋，增大这些部位墙肢纵筋和箍筋的配筋率，严格控制轴压比。
二、剪力墙结构的受力特点
剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构，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、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载作用下，侧移较小；因此这种结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也比较容易满足，适宜于建造层数较多的高层建筑。一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙；短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5：8的剪力墙剪力墙主要承受两类荷载：一类是楼板传来的竖向荷载，在地震区还应包括竖向地震作用的影响；另一类是水平荷载，包括水平风荷载和水平地震作用。剪力墙的内力分析包括竖向荷载作用下的内力分析和水平荷载作用下的内力分析。在竖向荷载作用下，各片剪力墙所受的内力比较简单，可按照材料力学原理进行。在水平荷载作用下，剪力墙的内力和位移计算则比较复杂。理论分析和试验研究表明，在水平荷载作用下剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。洞口是否存在，洞口的大小、形状及位置的不同都将影响剪力墙的受力性能。剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、不开口整体剪力墙、双肢墙(多肢墙)和壁式框架等几种类型。不同类型的剪力墙，其相应的受力特点、计算简图和计算方法也不相同，计算其内力和位移时则需采用相应的计算方法。整体剪力墙如一根悬臂杆件，在墙肢整个高度方向上，弯矩图既不发生突变又不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主；不开口墙与双、多肢剪力墙，在连梁高度处的墙肢弯矩有突变，但在整个墙肢的高度方向上，它没有或仅仅在个别楼层才出现反弯点，剪力墙的变形曲线依然以弯曲型为主。总之，剪力墙的受力需具体情况具体分析，应按能反映其性态的结构体系计算。
三、剪力墙设计的建议
剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向剐度不宜过大。遵循这样的规范原则，剪力墙的布置：遵循均匀、分散、对称和周边的原则。剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置，剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼梯处。在平面布置上尽可能均匀、对称，以减小结构扭转；不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近，在竖向布置上应贯通房屋全高，使结构上下刚度连续、均匀。可布置成单片形，洞口布置在截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。剪力墙的间距为了保证楼(屋)盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，应控制剪力墙的最大间距。剪力墙的数量与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好；从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震力和材料用量增大，造价提高，基础设计困难。因此，剪力墙的数量应适宜，只需满足侧向变形的限值即可(剪力墙的数量：规范要求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百分之五十。因为在地震时全靠剪力墙抵抗地震剪力，建筑结构设计时成片的剪力墙最好对称布置，遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则，以取得比较理想的设计效果。
四、结语
高层住宅剪力墙结构设计呈多样化的趋势，在进行设计时，应根据具体工程的特点 对其剪力墙的受力状态进行正确的计算分析．并结合其破坏形态进行设计以满足结构的安全性。只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济实用的优秀作品。
参考文献
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