高层剪力墙结构设计要点分析

关键词：高层建筑结构；剪力墙结构；设计；分析 

　　随着我国社会经济的发展以及人们生活质量的提高，越来越多农村人口向城市聚集，使得城市人口越来越拥挤，这势必会带来住房紧张等各类问题，然而想要缓解城市人口以及住房压力等问题就只能不断扩大城市建设的同时新建高层建筑，从而扩大城市人口容纳量，加快城市化进程。在高层建筑中，剪力墙结构因为其独有的抗震性能好、抗侧刚度大、侧移较小的优势而被广泛应用于其中，特别是高层剪力墙住宅。然而剪力墙结构设计过程中仍没有一个明确的规定用以判断剪力墙截面尺寸大小及其形状、位置布置等合理与否情况，一般情况下都是根据结构工程师经验来进行设计、判断的。这就使得一些不合理设计问题容易出现，从而导致建筑结构安全性不足或造价增加等。本文主要以佛山裕富花苑住宅小区工程项目中的C座住宅楼为例，并在此基础上探讨其剪力墙结构设计过程中存在的问题。 

　　1 工程概况 

　　1.1高层建筑结构设计特点分析 

　　高层建筑结构的设计主要有以下几个方面的特点：首先是，剪力墙结构的设计主要是根据水平荷载而进行的，水平荷载成为了决定性的因素。原因是剪力墙结构因为竖向荷载力（包括重力等）引起的弯矩与轴力大小只是与建筑高度的一次方成正比例的关系，而水平荷载引起的倾覆力矩以及在竖构件中出现的轴力大小是与建筑高度的两次方成正比例关系；且对一般建筑而言，竖向荷载（包括自重等）的值基本上都是固定不变，而水平荷载主要有风荷载与地震作用等，其数值是可改变的，且随着结构动力特性的改变而改变；其次是，在自重等竖向荷载作用下轴向变形比较大。高层建筑竖向荷载比较大，容易使柱出现较大的轴向变形，从而影响到主梁的弯矩。此外，还会对构件的位移以及剪力造成一定程度的影响，最终影响建筑结构设计的安全性；第三，侧移的控制是建筑结构设计的重要内容。建筑结构的位移与建筑高度呈正比关系，高度越高位移就越大，从而影响到工程建筑的安全性，这就要求，在对建筑结构进行设计时应注意将在水平荷载作用下结构位移量控制在规定限度以内；第四，结构延性是建筑结构设计进行的关键指标。在地震作用下，高层建筑与较低楼房建筑相比，出现的变形量会更大一些。为确保高层建筑结构在通过塑性变形阶段后仍然具备较大的变形能力，以防倒塌现象发生，因此，应采取有效的处理办法，使高层建筑结构具备充足的延性。 

　　1.2 剪力墙结构特点分析 

　　现浇钢筋混凝土剪力墙结构，除了承受楼板传来的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用。剪力墙结构的抗侧刚度大，在水平力作用下的侧移较小，承载力较大，且整体性较好。通过合理设计，能设计成抗震性能很好的延性剪力墙。由于剪力墙承载力大，侧向变形小，且有一定延性，在多次大地震中，剪力墙结构破坏很小，表现出很好的抗震性能。但剪力墙的间距一般较小，平面布置不够灵活，建筑空间受到一定限制，因此一些需要大空间的建筑使用剪力墙结构就受到一定的限制。对于上部为住宅，下面几层为商场的高层建筑，对影响建筑使用空间的剪力墙，可以采用框支梁、框支柱来转换，扩大使用空间。 

　　2 简述剪力墙结构设计的要点 

　　2.1 剪力墙结构的合理布设 

　　在对剪力墙结构进行合理布设时应注意以下几个要点：（1）剪力墙应沿主轴方向双向均匀布置，宜使两个方向抗侧刚度接近，不宜采取单向的方式进行布设。尽量使得刚度中心与质量中心靠近，减小地震造成结构扭转；（2）在对剪力墙结构进行布设时，墙肢使用不宜选择“一”字形的，带翼缘的T型或L型等最为适宜。以上C座住宅楼在剪力墙结构布置中墙肢就主要以T型和L型的为主，“一”字形墙肢的采用则比较少；（3）为减轻结构自重，加大建筑可用空间，剪力墙不宜布置太密使结构有合适的刚度，以满足规范的侧移限制为好；（4）剪力墙竖向刚度要求匀称，由下到上连续布置，可沿高度改变剪力墙厚度和混凝土强度等级；（5）剪力墙上要布置洞口，应尽量布置成成排成列，能够形成很明确的墙肢和连梁，使得应力分布比较规则，又与计算简图较为吻合，设计结果比较可靠。本次案例C座住宅楼剪力墙布置图如图2所示。 

　　2.2 剪力墙长度和厚度的选择 

　　剪力墙越细长（宽高比不小于2），延性越好，从而对脆性的剪切破坏能够起到预防的作用，而为了确保剪力墙结构有充足的延性，剪力墙墙肢设计的长度通常情况下为8米以内。如本次C座住宅楼建筑工程设计中，剪力墙墙肢长度大部分设计在1.6米至2米以内，最大的为3.8米。如果剪力墙墙肢长度为8米以上或更大时，长墙可通过开设洞口的方式分为长度均匀且较短的联肢墙，而洞口连梁应采用弱连梁。 

　　《高层建筑混凝土结构技术规程》为确保剪力墙的稳定性和刚性，在第7.2.2条提出了剪力墙的最小厚度，且规定在短肢剪力墙结构中，其选择的抗震等级应比第7.2.2条规定的要高出一级。本次工程中，填充墙厚度设计为200毫米，那么剪力墙厚度也应相应的设计为200毫米，如此一来，有利于剪力墙平面外获取较充足的刚度，预防偏心荷载作用下剪力墙结构出现弯曲、不稳的情况。 

　　2.3 连梁在剪力墙结构中的设计 

　　所谓连梁，指的是在剪力墙结构中，在墙肢与墙肢之间的梁。在地震和风荷载作用下，连梁对墙肢发生弯曲变形破坏时的形态影响很大。在对剪力墙进行设计时，应对连梁的设计引起重视，合理设计使剪力墙受破坏的几率得到有效控制或降低。在对连梁进行设计时，应根据强墙弱梁的原则而进行，使剪切墙结构延性得到提高。

　   2.4 底部加强区约束边缘构件设置 

　　通过《高层建筑混凝土结构技术规程》以及《建筑抗震设计规范》可知，应将约束边缘构件布设于一、二级抗震剪力墙邻近的上层墙肢的端部及其底部加强区位置，且三、四级抗震设计、非抗震设计的剪力墙墙肢端部和一、二级抗震设计剪力墙的其余位置也应布设约束边缘构件。《建筑抗震设计规范》还规定，在重力荷载代表值作用下墙肢底截面的轴压比如果与一定值相比比较小时，也应布设构造边缘构件。构造边缘构件布设的主要作用为，条件合适时，它可以有助于剪力墙耗能能力及其延性的增强，如本次C座住宅楼将地下室一直至地上三层设计为加强区。 

　　2.5 剪力墙的配筋设计 

　　剪力墙结构中，水平筋与竖向筋的间距一般在150毫米至300毫米之间，通常情况下选200毫米，且水平筋于剪力墙外侧设置，竖向筋则于剪力墙的内侧设置。如果有负责将主筋和箍筋拉住的拉筋时，拉筋材料应选择Φ8或者是Φ6的钢筋，间距不宜大于600毫米。竖向钢筋的搭接率的确定应依照剪力墙结构的抗震级别来进行。剪力墙结构中，暗柱与短柱中的水平筋直至端部为止应保持接连不断，于端部弯折，且弯折的长度应设计为10d。对于竖向筋，不应在暗柱中布设，但是其总配筋应符合构造需求。 

　　结语 

　　本文主要在笔者多年建筑结构设计经验的基础上，简要概述了高层建筑剪力墙结构的特点以及高层建筑结构本身的特性，对高层剪力墙结构住宅的优势进行了阐明，并总结概括了剪力墙结构设计过程中常见的问题和注意事项。从剪力墙长度以及厚度选择、剪力墙结构合理布设等角度出发，并在此基础上提出了一些在进行设计过程中所遇见的问题和解决方法。同时结合佛山市裕富花苑住宅小区工程项目中的C座住宅楼的实例，指出了剪切墙在设计过程中应注意的事项以及具体应用的相关解决措施，意在为相关建筑工程设计人员提供参考，用以加强建筑工程的安全性以及经济性。 

　　参考文献 

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