高層建筑剪力墻結構設計的探討

1、<p>　　高層建筑剪力墻結構設計的探討</p><p>　　摘要：剪力墻結構的特點就是其結構的整體性好、剛度大、用鋼量少、抵抗側向變形的能力強、抗震能力強，而合理的剪力墻結構設計能夠塑造出良好的變形能力。因此，剪力墻結構的建造高度高于框架結構，在現(xiàn)代高層建筑中，很多房間的分隔墻多，而現(xiàn)澆的剪力墻結構，能夠很好的將隔墻與承重墻合二為一，相對來說更加經(jīng)濟。本文探討了高層建筑剪力墻結構設計。 </p&

2、gt;<p>　　關鍵詞：高層；建筑；剪力墻；結構設計 </p><p>　　中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　剪力墻結構是由一系列的豎向縱、橫墻和平面樓板所組成的空間結構，除承受樓板傳來的豎向荷載外，還能承受風荷載及水平地震作用，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。這種結構在高層房屋中被大量運用。剪力墻

3、截面特點是墻肢長度遠大于厚度，自身平面內具有很大的剛度和承載力， 平面外剛度和承載力都相對較小，墻肢屬于偏心受壓或偏心受拉構件。同時在剪力墻結構中，墻是一個平面構件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復合狀態(tài)下工作，其受水平力作用時似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除須滿足剛度強度要求外，還必須滿足非彈性變形反復循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求。 </

4、p><p>　　一、剪力墻設計中的基本原則 </p><p>　　1、剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其肢長與厚度的比值，當比值≤3 時可按柱設計，當比值在3 到5 之間時可視為為異形柱，按雙向受壓構件設計。 </p><p>　　2、剪力墻結構中，墻是一平面構件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力；在

5、軸力、彎矩、剪力的復合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁.在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外，還必須滿足非彈性變形反復循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求，墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。 </p><p>　　3、剪力墻的特點是平面內剛度及承載力大，而平面外剛度及承載力都相對很小。當剪力墻與平面外方向的梁連接時，會造成墻肢平

6、面外彎矩，而一般情況下并不驗算墻的平面外剛度及承載力。因此應盡量避免平面外搭接，實在避免不了時應按規(guī)范采取相應措施，以保證剪力墻平面外安全。 </p><p>　　4、墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，求得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中，對帶翼墻的計算寬度按以下情況取小值：剪力墻之間的間距；門窗洞口

7、之間的翼緣寬度；墻肢總高度的1/10；剪力墻厚度加兩側翼墻厚度各6 倍的長度。 </p><p><b>　　二、剪力墻的分類 </b></p><p>　　剪力墻因其孔洞的大小和數(shù)量的不同，影響其受力特點、內力分布和變形狀態(tài)，按其開洞的情況，可分為整截面墻、整體小開洞墻、聯(lián)肢墻等。 </p><p>　　1、整截面墻：剪力墻不開洞或洞口面積小

8、于總面積的16%，且洞口長邊尺寸均小于洞口凈距及洞口至墻邊的凈距。受力性能類似整體的懸臂構件，墻肢法向應力呈線性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱，設計時應盡量將豎向鋼筋分布在墻肢兩端。 </p><p>　　2、整體小開洞墻：當剪力墻洞口上下對齊，成列布置，洞口稍大，形成明確的墻肢和連梁，墻肢和連梁剛度較均勻。受力性能也可按整體懸臂構件考慮，并應考慮墻肢的局部彎矩，水平荷載引起的整體彎矩的85%以上由墻肢軸力所產生的內

9、力矩來平衡，局部彎矩不超過整體彎矩的15%。 </p><p>　　3、聯(lián)肢墻：當剪力墻的洞口沿豎向成列布置，洞口面積超過墻體總面積的16%，各墻體由連梁連接，墻肢單獨作用明顯，連梁中部出現(xiàn)反彎點。 </p><p>　　三、剪力墻結構的設計要點 </p><p>　　1、剪力墻合理定位 </p><p>　　剪力墻最好沿主軸方向或其他方向進

10、行雙向布置；對于抗震設計的剪力墻結構應特別避免僅單向有墻的結構布置形式。 </p><p>　?。?）對一般的矩形、L 形、T 形等平面則沿著兩條軸線的方向進行布置。 </p><p>　?。?）對于部分三角形平面、Y 形平面則可以沿其三個軸線方向布置。 </p><p>　　（3）對正多邊形，圓形及弧形平面可沿徑向及環(huán)向布置。 </p><p&

11、gt;　　總之剪力墻的平面布置應本著盡可能均勻、對稱的原則，盡量使墻面結構的剛度中心和質量中心完全重合，從而減少扭矩。而內外剪力墻應盡量拉通、對直。 </p><p>　　剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則。剪力墻的抗側力剛度不宜過大。為充分發(fā)揮剪力墻的抗側力剛度和承載能力，增大剪力墻可利用空間，剪力墻的間距不宜太密，使結構具有適宜的側向剛度。判斷結構側向剛度與剪力墻數(shù)量的適應程度，可以選用經(jīng)驗公式T=（0.05 ～ 0

12、.06）n，其中n 為結構層數(shù)。公式計算出來的T1 值與搭模計算的周期T2 相比較，T1>T2則表示剪力墻偏多，可適當減少剪力墻數(shù)或開些適合的大洞來減小墻的剛度，反之則需要增加剪力墻數(shù)量。 </p><p>　　2、剪力墻厚度確定 </p><p>　　《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中對剪力墻的截面尺寸具體規(guī)定：“按一、二級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應小于200m

13、m，其他部位不應小于160mm；一字型獨立剪力墻底部加強部位不應小于220mm，其它部位不應小于180mm。按三、四級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，不應小于160mm，一字型獨立剪力墻的底部加強部位尚不應小于180mm?！?對于筆者前次設計的太陽公元住宅樓，位于8 度區(qū)，屬二級抗震剪力墻， 1~3層底部加強部位剪力墻厚度采用250mm，3 ～ 20 層剪力墻厚度采用200mm。 </p><p>　　3、剪力墻

14、中大墻肢處理 </p><p>　　剪力墻的結構必須具備延展性，對于呈細高狀的剪力墻（高寬比大于2）很容易被設計成彎曲破壞的延性剪力墻，這樣一來可以避免受到脆性的剪切破壞。在墻長度較長的情況下，為滿足每墻段的高寬比均大于2，可以通過開洞的方式分割長墻為小而均勻的獨立墻段。除此以外，在墻段長度較小時其受彎產生的裂縫寬度較小，可以充分發(fā)揮墻體配筋的支撐作用。 </p><p>　　而對于剪力墻

15、結構中，存在較少的長度大于8m 的大墻肢，在理論計算中樓層的剪力大部分由這些大墻肢來承受。在發(fā)生地震特別是超烈度等強烈震動時，最容易受到破壞的便是這些大墻肢。大墻肢因沒有足夠的配筋，使整個墻面結構會受到全面破壞。為避免這種不利現(xiàn)象的發(fā)生，對于超過8m 的墻肢長度，可以采取以下兩種處理方法： </p><p>　?。?）開施工洞：開施工洞即在施工時墻上留洞，完工時砌填填充墻，把長墻肢分成短墻肢。 </p>

16、;<p>　　（2）開計算洞：是指在進行結構計算時設有洞，開始施工時仍為混凝土墻。但通過這樣的計算方式，可以加強其它小墻肢的配筋能力。這種方式主要適用于地下室外墻等不易實施開洞的項目。 </p><p>　　4、剪力墻的連梁設計 </p><p>　　一般連梁具有截面大、跨度小的特點。高層建筑在水平力的作用下，連梁的內力通常較大。高層建筑的連肢墻在水平力的作用下，其破壞主要分

17、為脆性破壞及延性破壞。其中連肢墻的脆性破壞也可分為兩種情況。一是脆性破壞發(fā)生在墻肢部位，由于墻肢的抗剪能力較小而產生剪切破壞現(xiàn)象，這就會造成剪力墻的承載能力日益下降，而結構發(fā)生突然坍塌，這也是在設計中應極力避免的問題。在建筑的抗震規(guī)定中，要求抗震墻的截面軸壓比限制及抗震等級是一、二、三級時抗震墻底部加強部位的剪力設計值的放大系數(shù)，這也是為了預防剪力墻在彎曲破壞前而產生的剪切破壞。脆性破壞的第二種情況就是當連梁產生剪切破壞時，造成連肢墻各

18、個墻肢喪失了連梁對墻肢的約束作用。在沿墻全高所有連梁都產生了剪切破壞時，連肢墻的各墻肢就成了單片的獨立墻，這就會大大降低結構的側向剛度，加大墻肢彎矩。但是，第二種情況與第一種墻肢發(fā)生剪切破壞的情況相比，當連梁產生剪切破壞時，結構并沒有失去承載的能力；而在墻肢破壞之前，只要所考慮的連梁并不承擔很大的豎向荷載力，也不會造成結構的倒塌現(xiàn)象 </p><p>　　總之，隨著商品住宅建筑在我國城市建設中的發(fā)展，高層住宅建筑

19、將會大量采用剪力墻結構。由于具有較好的抗震性能，且結構布置靈活、造價低、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，使我們在設計中更加注重各方面的優(yōu)化設計，方可使結構在整體上安全合理，保證高層建筑的安全性。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 高醇武.高層剪力墻結構設計中問題及處理措施[J].江蘇科技信息，2009（11）：14-15. </p&

20、gt;<p>　　[2] 葉運昌.剪力墻結構設計與概念設計[J].廣東科技.2009（6） :45-46. </p><p>　　[3] 張瑞文.框架-剪力墻高層建筑結構優(yōu)化設計研究[J].山西建筑，2010（1）：87-89. </p><p>　　[4] 沈蒲生,孟煥陵. 基于優(yōu)化原理框-剪結構中剪力墻合理數(shù)量[J]. 湖南大學學報(自然科學版). 2006(05) &