高层剪力墙结构设计

高层剪力墙结构设计（共12篇）

高层剪力墙结构设计 篇1

剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式, 被广泛运用于现代高层建筑。剪力墙结构既抵抗侧向力又承受竖向荷载, 由于它是截面高度大而厚度相对很小的“片”状构件, 有着承载力大和平面内刚度大等优点。在此, 作者对其剪力墙设计中的相关问题要点进行阐述。

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高, 对建筑剪力墙结构设计也提出了更高的要求。打破建筑结构设计中的墨守成规, 充分发挥结构工程师的创新和应用能力, 是相当必要的。

1.剪力墙设计中的基本概念

1.1剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小, 几何特征像板, 受力形态接近于柱, 而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值, 当比值小于或等于4时可按柱设计, 当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为异形柱, 按双向受压构件设计。

1.2实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙:整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂, 当剪力墙墙肢较长时, 在力作用下法向应力呈线性分布, 破坏形态似偏心受压柱, 配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端;为防止剪切破坏, 提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率;为避免斜压破坏, 墙肢不能过小也不宜过长, 以防止截面应力相差过大。设计剪力墙时, 应根据各型墙体的特点、不同的受力特征、墙体内力分布状态并结合其破坏形态, 合理地考虑设计配筋和构造措施。

1.3墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析, 求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中, 对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值:即 (1) 剪力墙之间的间距; (2) 门窗洞口之间的翼缘宽度; (3) 墙肢总高度的1/10; (4) 剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。

1.4为了保证墙体的稳定性及便于施工, 使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力, 规范要求一、二级抗震等级时墙的厚度应≥160mm, 底部加强区宜≥200mm, 三、四级抗震等级时应≥140mm, 竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。

2.剪力墙结构设计要点

2.1A级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度

全部落地剪力墙——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时, 分别为150、140、120、100、60m, 部分框支剪力墙——非抗震、6度、7度、8度抗震时, 分别为130、120、100、80m, 9度抗震时不宜采用。A级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:6度、7度、8度抗震时, 将本地区设防烈度提高一级后, 按乙类、丙类建筑采用9度抗震时, 应专门研究 (说明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度, 不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度) 。

2.2B级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度

全部落地剪力墙——非抗震、6度、7度、8度抗震时, 分别为180、170、150、130m, 部分框支剪力墙——非抗震、6度、7度、8度抗震时, 分别为150、140、120、100m, B级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:6度、7度抗震时, 按本地区设防烈度提高一级后, 按乙类、丙类建筑采用8度抗震时, 应专门研究。

2.3结构的最大高宽比

A级高度——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时, 分别为6、6、6、5、4, B级高度——非抗震、6度、7度、8度抗震时, 分别为8、7、7、6。

2.4质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构, 应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况, 应计算单向水平地震作用的扭转影响。

2.5考虑非承重墙的刚度影响, 结构自振周期折减系数取值0.9～1.0。

2.6水平位移验算:多遇地震作用下的最大层间位移角≤罕遇地震作用下的薄弱层层间弹塑性位移角≤1/120。

2.7舒适度要求:高度超过150m的高层建筑, 按10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点的最大加速度限值为:住宅、公寓0.15m/s2, 办公、旅馆0.25m/s2。

3.剪力墙结构计算的要点

3.1剪重比:剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比, 主要是因为长期作用下, 地震影响系数下降较快, 由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构, 地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用, 但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此, 出于安全考虑, 规范规定了各楼层水平地震力的最小值, 该值如果不满足要求, 则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位, 必须进行调整。其公式为:VEki>λ∑Gjn=j。

3.2刚重比:刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素, 也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求, 则可能引起结构失稳倒塌, 结构计算时应按《高规》5.4.1-5.4.4相关规定作每层刚重比验算。按EJd/GH2计算, 比值≥2.7, 则不需要作重力二阶验算, 2.7≥比值≥1.4, 则需要作重力二阶验算, 如比值小于1.4, 则说明结构体系不满足结构整体稳定性。

3.3层间刚度比:层间刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要求, 三种刚度比的计算方式, 分别是剪切刚度。剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键: (1) 剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定; (2) 剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构; (3) 地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定, 通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比。当结构竖向构件转换时, 就必须考虑转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比。

此外, 周期比、层间位移及位移比等控制参数均需按规范作严格控制, 这里不再叙述。

4.剪力墙的边缘构造

结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差;计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性;因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性, 还能防止剪力墙发生水平剪切滑动, 提高抗剪能力。

5.剪力墙结构的厚度和配筋问题

5.1墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏, 同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝的作用, 设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加, 特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋, 其水平筋的配筋率可适当减小。

5.2墙的竖向钢筋主要起抗弯作用, 目前在一些多层低高层剪力墙中计算结果多为构造配筋;但配筋时所取的配筋率往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋, 个人觉得竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋, 墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距≦300mm, 也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯承载力远大于抗剪承载力, 对抗震不利。

6.结语

剪力墙具有剪切变形相对较大、平面外较薄弱的不利性能。此外, 开洞后的剪力墙形式变化多, 受力状况比较复杂, 因而了解剪力墙的特性, 发挥其所长, 克服其所短, 是正确设计剪力墙的关键, 我们工程师是结构设计革命的推动者和执行者, 同时也需要工程界进行共同的努力, 推广更好的概念设计及更具有效益的一种设计方法来推动社会进步。

高层剪力墙结构设计 篇2

摘要：剪力墙结构设计是一项系统且复杂的工作。随着当前高层建筑项目的不断增多，对剪力墙结构技术进行细致研究，探究其优化设计的关键要点，发挥出剪力墙结构的整体优势，对于保障高层建筑项目功能结构的安全稳定具有重要意义。作为建筑行业的设计人员，要对剪力墙结构这种常见的结构类型有深入全面的认识，采取有效的措施手段对各项环节进行优化设计，提升建筑项目的设计水平。相信随着相关研究及实践工作的不断深入，高层建筑剪力墙结构设计的发展将会迈向一个新高度。

关键词：高层建筑;剪力墙;结构设计

1.剪力墙的分类及受力特点

不同的剪力墙，其分类标准也是不相同的，剪力墙可以根据开口的大小以及数量等多方面的因素进行划分，例如壁式的剪力墙框架、整截面墙以及独立悬臂墙等，共有五种主要的分类。剪力墙的整体系数与梁、肢等具有密切的联系，其数值越小，后者越弱，所以在进行设计的过程中，需要对剪力墙的相关系数进行严格的设计。通常情况下，剪力墙的整体性能食欲梁、肢相关的，需要保证连梁与墙肢之间具有较大的弯矩，针对这一情况，在对剪力墙进行分类的过程中，应该从截面的惯性矩等情况人手，保证剪力墙结构的稳定性。如果整体系数高于10，那么就是壁式框架，如果小于10，那么就是联肢墙。不同类型的剪力墙在受力特点方面具有一定的差异性。一般情况下，如果整体开口墙与整体截面墙具有较为理想的性能，那么在受力性方面就会具有相似之处，观察变形曲线可以看出它们都是弯曲型，虽然具有一定的相似之处，但是也是存在一定差别的，差别的主要表现在整截面墙上面没有开洞，也没有反弯点，所以弯矩并不会出现突变的情况，墙肢的约束力与整体开口墙与整截面墙具有十分密切的联系，如果二者之间具有较强的约束力，那么就说明是脂墙梁较强的情况，下面笔者举个例子为了更方便理解。

2.高层建筑项目结构受力分析

2.1水平荷载

对于高层建筑项目而言，它的竖向荷载几乎不会有太大的变动，而对于受地震影响的水平荷载，其数值由于受到建筑结构的动力特性影响，会存在很大程度的波动变化。

2.2轴向变形

高层建筑在竖向荷载方面，其数值相对较大，这就极容易在柱中导致轴向变形的问题。所以在实际的结构设计中，设计人员需对轴向变形计算值进行细致分析，以此来合理确定下料长度。

2.3侧移控制

对于高层建筑项目而言，由于建筑高度的提升，会使水平荷载下的结构侧移变形问题加剧。这也是高层建筑在结构设计中必须引起重视的问题。建筑结构设计人员必须要把这一问题控制在允许的范围内。

2.4结构延性

相比于一般建筑的结构，高层建筑结构更为柔和，因此它受剧烈震佑跋於产生的变形问题也更为严重。想要使它在塑性变形阶段有良好的强变形水平，就需要在建筑结构设计中通过有效手段，确保其结构廷性。

3.剪力墙结构的要点

3.1合理配置剪力墙暗柱钢筋

针对于相关的规定，在进行一级、二级及三级剪力墙结构设计时，需要进行暗柱和端柱的设置，通过设计暗柱和端柱，这样能够在一定程度上消耗大量的地震波能量，同时还能够增强剪力墙边缘抗拉能力，这对提高建筑的稳定性具有非常重要的意义。

3.2合理布置剪力墙结构

剪力墙结构设计过程中，充分的利用钢筋混凝土使剪力墙能够承担来自于各个方向，特点是水平方面的荷载力。因此在剪力墙结构设计时，需要对其进行合理布置，确保在满足建筑本身要求的同时还要找到建筑自身的曲线，然后再对其进行规则布置。首先，在选择短肢剪力墙结构时需要保持慎重的态度，这主要是由于短肢剪力墙结构不仅抗震性能较差，而且无法有效的保障建筑的稳定性，因此在选择时要对多方面因素进行综合考虑，在保证对建筑灵活布置的同时，还要有效的减少建筑结构的重量。其次，在剪力墙结构布置时不能出现独立的小墙肢，因为一旦在建筑设计中出现了独立的`小墙肢，则会导致建筑施工难度系数增加。最后，由于剪力墙刚度直接关系到抗震性能及施工的时间，因此在合理布置剪力墙结构时需要保障整体刚度，这样在保证施工时间的同时，还能够增强其抗震性能，获得较好的经济效应。

3.3合理的控制剪力墙结构参数

由于高层建筑结构的承重比较特殊，所以在对剪力墙进行结构设计时，需要充分考虑到各项参数的有效控制，以确保能够将高层建筑的各项荷载控制在有效范围内。在结构参数设计时，要对位移比例、侧向刚度比例以及周期比例等进行恰当而合理的设计，将其数值控制在合理的范围内，从而确保高层建筑不会因为剪力墙结构设计不规范而发生扭转及偏心力的现象。在结构参数设计过程中，还要对剪力墙自身的不规则性进行限值设计，一定要控制在标准范围内。因此在实际高层建筑结构中剪力墙结构设计时，需要对剪力墙结构参数进行合理控制。

4.结语

探讨多层高层剪力墙结构设计 篇3

【关键词】多层高层;剪力墙结构;设计分析

剪力墙广泛用于多层和高层钢筋混凝土房屋，结构专业新规范自2000年开始陆续颁布，剪力墙结构的设计与89规范相比，增加了许多新的规定，给设计人员带来了新的课题，所以有必要对剪力墙结构作一个重点研究。

在受力方面，因为剪力墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在地震作用下，其变形小，破坏程度低，可以设计成延性抗震墙，大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性變形，耗散地震能量，在与其他结构共同工作的同时，能吸收大部分的能量，降低其他结构的抗震要求，在设防较高的地区（8度及区以上地区）优点更为突出。

剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。这种结构型式的特点是：

①结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾。

②墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置。

③能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单。

④连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽。

⑤根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。

对剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的剪力墙，应该用空间杆墙组元程序进行校核。

剪力墙的数量可多可少，剪力墙肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置；由于减少了剪力墙数量，而代之以轻质填充墙，不仅房屋总重量可以减轻，同时也可适当降低结构刚度，使地震作用减小,这不仅对基础设计有利，而且对结构抗震较为有利,同时也可降低工程造价,还可加快施工进度。这种结构体系通常视建筑平面及抗侧力的需要，将中心竖向交通区处理成为筒体，以承受主要水平力。

抗震墙由墙肢和连梁两部分组成。设计时应遵循强墙弱梁、强剪若弯的原则。即连梁的屈服先于墙肢，连梁和墙肢均应为弯曲屈服。与旧规范相比，新规范在剪力墙抗震设计特别是在抗震构造方面有比较大的变化。主要包括：

（1）底部加强区高度的变化。

（2）墙肢组合截面的弯矩、剪力设计值和连梁组合的设计值。

（3）分布钢筋的最小配筋率。

（4）增加了剪力墙的轴压比的限值。

（5）将边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件；两种边缘构件的构造不同，加强了应加强的部位，放松了可放松的部位，使抗震墙的设计更具合理性。

（6）新规范取消了旧规范的“弱连梁”和 “小墙肢”的术语，代之以“跨高比”和墙肢长度和厚度的比值，应当说在概念上是没有区别，但89规范虽然对“弱连梁”作了规定，但在设计中难以确定什么是弱连梁。

在进行抗震墙设计时应注意如下的要求：

（１）抗震墙的布置要求：作为主要的抗侧力构件，合理的布置是构建良好抗震性能的基础。应遵循 “八字方针”即“对称、均匀、周边、连续”外，还须注意：

①将长墙分成墙段：对于抗震墙结构和部分框支抗震墙结构，若内纵墙很长，且连梁的跨高比小、刚度大，则墙的整体性好，在水平地震作用下，墙的剪切变形较大，墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度，新规范规定将长墙分成墙段，使墙的高宽比大于2。墙段由墙肢和连梁组成。旧规范也有相同的规定。二者的区别在于连梁。旧规范为弱连梁，而新规范为跨高比不小于6 的连梁，其目的是：设置刚度和承载力较小的连梁，在地震作用下可能先破坏，使墙段成为抗侧力单元，且墙段以弯曲变形为主。

②避免墙肢长度突变：抗震墙和部分框支抗震墙结构的墙肢的截面长度，沿高度不宜有突变，当抗震墙的洞口比较大时，以及一、二级抗震墙的底部加强区，不宜有错洞布置的剪力墙。

（２）框支层墙体的布置要求：

对框支层刚度的要求：部分框支的抗震墙结构的框支层，抗震墙减少，侧向刚度降低，在地震作用时有可能将变形集中在框支层，框支层是使结构具有良好抗震性能的关键部位。对于矩形平面的部分框支抗震墙结构，为避免框支层成为薄弱层或软弱层，新规范规定：框支层的侧向刚度不应小于上一层非框支层侧向刚度的50％。

框支墙落地的间距不宜过大：框支层的水平地震剪力主要由落地剪力墙承担，作用在紧邻框支层的上一层非落地剪力墙的水平力亦通过框支层楼板传到落地墙，为保证楼板有足够大的平面内刚度（传递水平力），新规范规定：落地墙的最大水平间距不宜大于24米，取消了原“四开间”的含糊概念。

（３）框架-抗震墙结构的抗震墙布置要求： 框架-抗震墙结构在实际工程中运用最多（对高层而言）。布置要点是：位置和数量，抗震墙的数量以满足刚度即满足层间位移限值为宜，位置相对灵活，但应符合规范相关的具体规定。

①沿房屋高度，抗震墙宜连续布置，宜全长贯通，避免切断，且洞口宜上下对齐，避免墙肢长度的突变。对外墙而言较容易作到，这与上述的“八字方针”相统一，内墙有时相对较困难。

②不宜开大洞口，避免削弱抗震墙的刚度。虽然取消了旧规范对洞口面积的限值的规定，但在实际中对此条规定较难掌握，由此引起的争执亦屡见不鲜。

③洞边距柱端（指距柱内侧）不小于300㎜，以保证柱作为边缘构件的作用和约束边缘构件的长度。

④双向抗侧力的结构形式。且纵横墙宜相连，使彼此成为有翼缘的剪力墙，不但可以增加刚度，同时还能有效地提高塑性变形的能力。

⑤对于较长的房屋，不宜在房屋的端部设剪力墙，以避免温度应力对剪力墙的不利影响。

⑥对于一、二级抗震墙 ，其连梁的跨高比不宜大于5。且高度不小于400㎜。连梁有较大的刚度，可保证墙体的整体性能良好并能增大耗能能力。

⑦柱中线与梁、墙中线不宜大于柱宽的1/4，以减少地震作用对柱的扭转效应。否则应通过加水平腋的方法或者加强柱内配箍率等方法加以弥补。

（４）抗震墙及连梁的截面尺寸的有关规定： 新老规范基本相似，但具体数值并不相同。主要包括：截面尺寸、最大剪压比、最小墙体厚度等。

①最大剪压比限值：对剪跨比大于2的剪力墙和跨高比大于2.5的连梁，剪压比不应大于0.2 ；剪跨比小于2的剪力墙和跨高比小于2.5的连梁，剪压比不大于0.15。

②抗震墙的最小厚度：框架-剪力墙结构的底部加强区不小于200㎜且不小于层高的1/16；框架-剪力墙结构的其他部位不小于160㎜且不小于层高的1/20；框架-剪力墙结构的墙的周边应设置梁或暗梁与端柱组成边框。

（５）墙的水平分布筋起抗剪作用，以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏，同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝的作用。墙的竖向钢筋主要起抗弯作用。

高层剪力墙结构设计 篇4

1、高层建筑结构定义

通常我们会把超过一定楼层数或一定的高度的建筑称之为高层建筑。对于高层建筑的海拔高度设定各国的要求不一样, 标准也就不一样。在这里, 我们主要了解我国对于高层建筑结构的定义。

在中国, 以前的相关规定, 八层以上的楼层建筑都称之为高层建筑, 而就现在来看, 将近二十层的楼房被称之为中高层, 三十层楼层的房屋将近一百米高称为高层, 而五十层左右的楼房大于两百米的被定义为超高层。在新的《高层建筑混凝土结构技术规程》里的规定是这样:十层及十层以上或高度超过二十八米的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑楼房高度超过一百米时, 则称之为超高层建筑。

中国的房屋六层及六层以上就必须需要安装电梯, 对十层楼层以上的房屋就必须得有特殊的防火措施, 所以中国的《民用建筑设计通则》 (GB50352—2005) 、《高层民用建筑设计防火规范》 (GB50045-95) 中将十层及十层往上的住宅房屋与房屋高度超过二十四米的公共建筑和综合性建筑都统称之为高层建筑。

2、高层建筑结构的概念设计

1) 高层建筑结构的概念设计含义

高层建筑的结构概念设计是指在高层房屋设计中利用概念的方法来进行判断和推理、创新决策的一个过程。通常包括了设计中运用到的材料、风荷载能力、结构的形体、节骨点, 构型的选择方面, 同时也包括了关于计算参数、计算方法的使用, 以及对于结果的判断、选择以及调整。另外还包含了高层建筑结构的制造和安装过程的详细策划等等。但是概念设计有一个弊端就是高层建筑中提出的新的理念, 它其实是缺少一个专门的理念支持的, 所以还要结合在实践中的不断经验应用、研究、总结和积累。

2) 高层建筑结构的意义

房屋概念设计它的意义就在于:第一, 是对于传统教学方式的补给, 传统的教学式主要是老师来规划题目、设计参数, 学生计算、绘图。其实这样一方面的确是提高了学生的执行能力, 但是另外一方面是忽略了让学生主动探索、选择、创新、决策能力的培养, 所以在对房屋概念设计中, 除了要精确的计算方式还要拥有灵活的概念设计思想。第二, 对于一般设计经验的总结和升华, 我们通常的高层设计都是凭借经验或者是总工程来定夺, 但是这就造成了一般设计人员没有能够履行自觉的进行概念设计, 这样是比较难进行对于理论的实践升华的, 所以每个设计师都应该自觉的履行概念设计的职责, 探索新的设计思路。第三, 推动社会的进步, 现在社会上追求的粗放型的发展, 就会对于房屋设计质量进行自觉忽略, 只追求工程量, 不注重降低标准会对安全造成很大的隐患。人口数量的不断剧增, 造成很多压力包括环境方面的压力。所以概念设计的就是要对于这些问题进行正确的引导跟合理规划。

二、高层剪力墙结构及优化

1、高层剪力墙结构

说到高层建筑不得不说下人们越来越重视的在高层建筑中剪力墙的结构优化设计。剪力墙结构在整个建筑物中是很重要的形式之一, 其优点主要是防风, 抗震还有就是经济性能高等优点。一方面能保证建筑的功能性和安全性, 另一方面又能节约成本。剪力墙分为两种, 一种是平面剪力墙另一种则是筒体剪力墙。前者主要是用于钢筋混凝建筑或是无梁建筑结构, 普遍用于相对于低层的建筑物。后者主要用于高层建筑结构当中, 通常也是钢筋混凝土浇筑而成, 有利于剪力墙防风荷载和抗震的性能。

2、高层剪力墙结构的优化

剪力墙的用钢量是在整个住宅建筑标准中含钢量的百分之四十五到百分之六十五。用在剪力墙边缘的结构部件的含钢量约有百分之三十到五十左右, 所以对于经济指标来说, 是取决于剪力墙的好坏的。按常规, 剪力墙的安置规则是如何尽量减少其数量和考虑减少其边缘的那些部件来尽可能的获得建筑物最大的抗侧, 抗扭的刚度, 而另一方面又能减少一部分经济的支出。

剪力墙的结构优化我觉得应该分为以下的几点:第一, 加强周边力量, 减弱中间的力量, 就是说把剪力墙安置在周围的房屋围护墙结构处, 如果有必要, 就在房屋的窗台之间设置高梁来提升整体的刚度。像比如电梯楼道间的剪力墙作为建筑物中部的剪力墙就可以适当减少一些, 这样更有利于提高主体建筑机构的抗扭度。第二, 尽量多添加和均匀长墙, 减少短墙的设置, 但长墙长度都应该小于等于八米, 不得超过八米。在保证各个墙体的承重能力下, 应该精心挑选有利于承受水平竖向荷载的间隔墙作为剪力墙, 但是要尽量拉大剪力墙的间距, 避免了在同个小区域布置了多条剪力墙。通过加长剪力墙的高度, 来减少剪力墙的重复设置, 有利于提升整个建筑结构的抗扭性和灵活性。能够使剪力墙破坏的模式主要是剪跨比和轴压比, 只要剪跨比不要小于二, 轴压比在正常范围里面, 那么高层的剪力墙就算墙长大于了八米, 剪力墙的剪跨比一般都是会大于二的, 也就说明能够满足其延性破坏的要求。但是要避免个别墙肢作为长墙, 如果因为个别墙肢相对较长, 而其余的墙肢较短时, 有时就会引起其余结构不能起到第二道抗震的防线, 就会制造安全隐患。第三, 就是剪力墙在设置时尽量设置为“L”、“T”、“十”字型, 应该要避免设置形状过于复杂曲折。第四, 应该设置连续性的剪力墙, 比如多一些半框设计在里面, 更能减少空间的复杂, 可以说是化繁为简。第五, 剪力墙的厚度应该跟随其高度的变化较为均匀的做出适当变化。

三、结语

综上, 合理的概念设计和结构优化对于剪力墙的升级有着很重要的意义。我们不仅仅要有按着某些已成文的设计参数的精确执行能力, 还需要有着对于概念设计的思维。对于结构优化, 我们要化繁为简, 考虑周全, 能够在不浪费的情况下做到既能对建筑设计有很好的启迪, 又能满足建筑的安全性达到更高的要求。

参考文献

[1]凃浩.高层建筑的结构优化设计研究[J].信息化建设.2016 (01)

高层剪力墙结构设计 篇5

武汉市工商银行单洞路高层住宅工程是由营业性用房和商住楼组成的综合性大楼，总建筑面积26638m2，平面尺寸45.0m×36.9m，共计25层，含地下室l层。该工程主体结构为全现浇框架剪力墙结构，五层以下为营业性用房，框架结构，五层以上为商住楼，全剪力墙结构，设计层高2.8m。为使标准层商住楼层高降低，从而降低整个建筑物的总高度，增加实际有效使用面积，使建筑平面布置灵活，6~23层楼板设计为无粘结后张预应力混凝土双向平板。

第1章

结构设计

第1节

设计参数

该工程标准层以上为商品住宅，但考虑到大空间需进行隔断。根据估算，设计标准活荷载为l.5kN/m2+3.0kN/m2=4.5kN/m2。另考虑施工阶段及张拉阶段的荷载为:二层楼板结构自重及一层脚手架、模板自重之和再加施工活荷载2.0kN/m2。

楼板混凝土采用C30，板厚选用150mm，剪力墙厚200mm。无粘结束选用7φs5钢丝束，ƒptk=l500MPa。

第2节

连续板的划分

为尽量减少对剪力墙造成的削弱，提高结构抗震能力，便于对无粘结束张拉与锚具封堵，将原结构标准层楼板划分为6大块计3种形式的无粘结预应力平板，见图4-2-1。

第3节

连续板控制内力

为确定各连续板块内各个断面的内力和无粘结预应力平板的设计弯矩，首先对平板在全部使用荷载作用下以及施工、张拉阶段的全部使用荷载作用下的内力进行电算分析。电算程序采用PMCAD，并利用双向平板在荷载作用下的各种简化计算方法(如等代框架法等)，用手算进行对比分析，最后确定出各连续板块内的控制截面内力。

第4节

无粘结预应力配筋

根据初步确定的板厚150mm，设计取无粘结束的张拉控制应力σm=0.7

ƒptk=0.7×1500MPa=1050MPa。选择连续板块内各个不同方向的绝对值最大弯矩处作为该方向的控制内力，按照等效平衡荷载法，考虑适当的预应力度，按一般无裂缝构件的要求，即:

短期荷载作用下:σsc一σpc≤σctγƒtk

（4-2-1）

长期荷载作用下:

σlc－σpc≤0

(4-2-2)

其中:σsc、σlc、σpc—分别为荷载短期、长期效应组合下及扣除全部预应力损失后，抗裂验算边缘混凝土法向应力或预压应力;

αct—为混凝土拉应力限制系数，本工程取0.5;

γ—受拉区混凝土塑性影响系数;

ƒtk—混凝土的抗拉强度标准值。

求出双向板工x、y方向的等效平衡荷载qex、qey，进而配出预应力筋量。验算全截面混凝土的平均预压应力σpcx、σpcy，保证混凝土的平均预压应力不小于1.0MPa，也不大于3.5MPa，最后确定各连续板块内各个方向无粘结筋的配筋量。采用此法设计该工程预应力度λ一般在0.70~0.80之间，是较适中的预应力度。

4-2-1-5确定无粘结筋形状

为发挥预应力筋抵抗外荷载的最大作用，必须确定一个合理的预应力筋形状。综合本工程平板在外荷载作用下的弯矩分布以及无粘结筋垂度等因素，该工程采用带反弯点的曲线配筋，其基本形状如图4-2-2所示。

第5节

非预应力筋量

无粘结预应力平板非预应力钢筋的配筋量根据力的平衡原理经下式计算:

(4-2-3)

板中最小非预应力钢筋量:Asmin=0.15%bh

(4-2-4)

比较式(4-2-3)、(4-2-4)，所求得的As值，取其中较大者作为平板非预应力钢筋的配筋量。该工程一般非预应力钢筋配筋为Φ8@200，置于支座及跨中处。

第6节

其他校核及验算

锚固区域局部承压的验算是无粘结预应力混凝土平板设计中的一个主要环节。该工程经计算在铺固区内设有100mm×100mm×20mm承压板，及Φ6钢筋形成的钢筋网片，以传递张拉对混凝土产生的预压应力，并确保混凝土局部强度满足规范要求。局部承压计算公式及设计方法采用《混凝土结构设计规范》(GBJ10一89)中相关公式及构造规定。此外，还对张拉阶段平板的反拱值及全部使用荷载作用下短期和长期效应组合下平板的挠度值、最大裂缝宽度进行了全面验算。经对极限状态下的验算，在扣除全部预应力损失后，该工程楼板支座最大裂缝宽度Wmax=0.05mm，远小于规范限定值;反拱最大值ƒ反≈4nm；长期荷载作用下最大挠度值ƒmax=8mm，均满足现行规范要求。

第2章

施工中若干问题的处理

第1节

无粘结筋端部锚具区的处理

该工程最长的无粘结束束长为19.1m，根据规范规定可采用一端张拉。为此，该工程选择外墙边作为张拉端，并在距离楼板下约80cm处用竹挑板通过外脚手架形成逐层封闭，以便张拉时操作。该工程外墙剪力墙即为大楼的外墙面，锚具必须埋入该钢筋混凝土墙内，以免影响外观，见图4-2-3。

浇捣混凝土前，先在剪力墙上每根无粘结筋处预留大小为100mm×100mm×85mm的洞口，并将钢承压板预先定位于钢筋混凝土剪力墙楼板暗梁主筋之上。浇捣完混凝土拆除侧模，张拉无粘结筋到位后，切除多余的外露部分，仅留200mm长，散弯打拆后，用环氧树脂砂浆封闭在预留的洞内。

第2节

无粘结筋的铺放及定位

该工程楼板内无粘结筋为双向曲线配置。铺放前，先编出铺放程序，对每个纵横无粘结筋交叉点相应的两个标高进行比较，若一个方向的某根筋各点标高都分别低于相交的各筋相应点标高时，则此筋就先铺放，标高较高者次之，以避免两个方向的无粘结筋相互穿插铺放。

无粘结筋的定位则是采用预设铁马凳，一般每隔2m设1马凳。跨中或中间剪力墙处可不设马凳，而是直接绑扎在底筋或面筋上。无粘结筋反弯点处必须设马凳，以控制其在板内的高度。无粘结筋的垂直偏差在板内为士5mm，水平偏差为±30mm，目测横平竖直。

第3节

无粘结筋的张拉

张拉前应对机具、设备和仪表进行校核。张拉设备也应配套校核，将无粘结筋的张拉吨位标定为油泵油压表的油压读数，并应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204—92)的有关规定。

张拉设备采用QYC—230前卡式千斤顶、ZB4/49型油泵，锚具为3片斜夹式和两片直夹式。

张拉前先清除干净承压板外露面，剥去外露部分无粘结筋的包裹层，并用汽油清洗掉钢绞线上的防腐油脂，然后安装锚环和夹片，用套筒仔细、平整地固定好锚环和夹片。当楼板混凝土抗压强度达到设计值的75%后，即可开始张拉。

该工程采用2台张拉设备从楼板中部向两端对称张拉。每根无粘结筋张拉控制力为144kN。以控制力为主，控制伸长率为辅。张拉伸长值的校核为计算伸长值的+10%~－5%范围内。

该工程最大张拉力为控制力的l03%。最长无粘结筋束为19.1m，最短束长则仅为15.0m，为使楼板内能均匀地建立预应力值，对较长的无粘结筋采用超张拉，以减少预应力值的损失，保证预应力值的传递。

第3章

技术经济效果

高层无粘结后张部分预应力混凝土连续平板全剪力墙结构系武汉地区首次应用。其设计计算分析概念明确，计算简单，结构构造合理，施工简便。可总结出以下优点。

第1节

增加建筑使用功能

增加了室内净高，层高2.8m，而净高达2.65m，室内的视觉效果有所改善。各种管线也可畅通无阻，并节约了管线。

轻质隔墙可灵活设置，以满足不同用户的要求;大空间增加了室内有效使用面积。

楼板抗裂性高、刚度大、变形小，增强了建筑物的横向刚度，有利于抵抗地震作用的影响。

降低了建筑物的总高度，在限定的高度下，相当于增加了层数和建筑面积。与普通钢筋混凝土结构相比，相当于多盖了两层楼，增加建筑面积2400

m2，仅此一项经济效益可达百万元。

高层建筑剪力墙结构设计的要点 篇6

摘要：近年来，我国的社会经济水平不断发展和提高，作为一个高层建筑重要的组成部分的连梁剪力墙结构，是墙的应力传递纽带的一个十分重要的环节间的、延性、刚度、耦合强度等特性均会对剪力墙的性能产生影响。本文针对提高建筑剪力墙结构设计进行探讨。

关键词：剪力墙；结构设计

剪力墙结构广泛应用在高层建筑当中，剪力墙结构的整体性强、刚度大，可以大大有助于解决高层建筑防震等问题。通常剪力墙结构会出现在分间比较多的建筑物中，比如旅馆等，剪力墙结构可以让房间的分隔墙和承重墙合二为一，可以节省空间，又可以符合房间建筑强度的要求。使用剪力墙结构，可以隐藏室内的房梁等结构，让室内的墙体整体看上去更整体性、美观、简洁，利于进行室内的布置。但是剪力墙结构也存在一些弊端，要通过优化剪力墙结构设计的方式来降低高层建筑的剪力墙结构中存在的弊端。

一、剪力墙的基本概念

高层建筑剪力墙结构设计时在高层建筑中广泛应用的一种墙体结构，这种墙体结构的原料主要是钢筋混凝土，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，并可以对结构的水平力进行有效的控制，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，这种结构被大量运用在在高层房屋中。剪力墙截面具备以下几点特点：有着墙肢长度远大于厚度，并且自身平面内具有很大的承载力与刚度，平面外刚度和承载力都相对比较小，墙肢属于偏心受压或者偏心受拉构件。与此同时，在剪力墙结构中，墙属于一个平面的构件，除了可以承受沿其平面作用的水平剪力以及弯矩之外，还能够承担竖向压力；在轴力、剪力、弯矩的复合状态下进行工作，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了需要符合刚度强度要求，还得满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散以及控制结构裂而不倒的需求。另外，在高层建筑中，剪力墙的设计隐藏了大量的承重柱，能够使房屋内部建造更加美观、简洁，可以普遍满足我国居民对建筑内部的美观性的需求，而且可以为室内设计提供很大的空间，满足现代城镇居民的生活需求。

二、剪力墙的分类

剪力墙由于其孔洞的数量与大小的不同，影响其内力分布、受力特点以及变形状态，根据其开洞的情况，能够分为整截面墙、联肢墙、整体小开洞墙等。

1、整截面墙：剪力墙不开洞或洞口面积小于总面积的16%，而且洞口长边尺寸平均低于洞口至墙边的净距和洞口净距。受力性能类似整体的悬臂构件，墙肢法向应力分布呈线性，破坏形态似偏心受压柱，在设计的时候，需要尽可能地把竖向钢筋分布在墙肢两端。

2、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。

3、整体小开洞墙：当剪力墙洞口上下对齐，成列布置，洞口稍大，形成明確的墙肢和连梁，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%。

三、剪力墙结构的特点

高层建筑剪力墙结构是使用钢筋混凝土铸造，具有良好的刚性强度和稳定性，可以有效抵抗外界的压力，打下一个高层建筑的建造的良好基础。剪力墙结构的设计使用可以减低施工施工单位的建材成本，剪力墙结构中主要使用的原料是钢筋混凝土，价格比较低廉，又可以满足建筑强度的要求，在一定程度上使施工单位的经济效益得到提高。由于剪力墙结构取代了传统的建筑承重系统，因此，不会在建筑物室内中出现太多的承重，最大程度节省了建筑室内的空间，使室内设计更加美观，降低了楼房建筑的空间局限性。与此同时，剪力墙结构也存在着一定的弊端，在高层建筑使用过多的剪力墙结构时，会使建筑在遭遇强度大的地震时出现巨大的反震力，导致降低建筑楼体的安全性。而且剪力墙结构所需的钢筋混凝土材料大部分要求不高，所以在进行建筑施工时很容易出现建筑质量等问题，造成建筑及居民的人身财产安全受到很不利的影响。

四、剪力墙设计的原则

在剪力墙设计中，即要符合位移限值的要求，又要发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用，做到安全、经济合理。剪力墙合理数量的确定原则是：在满足规范规定的位移限值条件的前提下，应尽量减少剪力墙数量，可是应该满足在基本振型地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%。与此同时，规范规定框架部分承担的剪力至少为底部总剪力的20%，或各层框架承担的地震总剪力中最大值的1.5 倍。

五、提高高层建筑剪力墙结构设计的相关措施

1、防止出现独立小墙肢，剪力墙刚度不宜太大

在《高层建筑混凝土结构技术规程》中有明文规定：“矩形截面独立墙肢截面的高度不适合小于截面宽度的五倍。”如果出现以上情况，要严格限制墙肢轴压比、配筋等，设计施工都较为困难。在实际的设计中，基本上独立小墙肢是能够通过合并洞口等方法解决的，或者对剪力墙进行合理的布置，让小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，秩序适当地加强配筋就行了。同时，剪力墙结构还得具备一定的延性，细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，以此可以避免脆性的剪切破坏。

2. 优化连梁设计

按照《高规》在连梁设计方面的要求，对于连梁抗震及非抗震设计时高跨比大于2.5 及小于2.5 两种情况，在配筋方面和截面受剪承载力有不一样的规定。因此，需要把连梁进行塑性调幅，从而减少剪力设计值。塑性调幅可以选择使用2种方式：（1）在内力计算之前折减连梁的刚度；（2）在计算内力后，把连梁弯矩与剪力组合值乘以折减系数。不管选择什么方法，连梁调整后的剪力设计值、弯矩不可以低于使用状况的值，也不能低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，防止在平常使用条件下，或者较小的地震作用下，出现连梁裂缝。与此同时，还得重视连梁的铰接处理。

3.底部加强部位的设计

在设计剪力墙时，通常高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可以取底部两层高度二者的较大值，以及嵌固部位以上墙肢总高度的1/8；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可以取墙肢总高度的1/8 二者的较大值及框支层加上框支层以上2 层的高度。如果把地下室顶板作为嵌固部位，在受到地震的影响下，屈服部位就会发生在地上楼层，并且还会影响着地下一层，此时，地下一层的抗震等级不可以降低，提高部位的范围需要向下延伸到地下一层，而且还要根据相关的要求规范，在地下一层设立约束边缘的构件。

4. 剪力墙结构的抗震薄弱环节以及概念设计

振动台模拟地震试验结果表明，剪力墙结构的抗震薄弱环节是：建筑平面外边缘及底部外围的小墙肢、角点处的墙肢、连梁等。如果有扭转效应，首先开裂的就是建筑平面外边缘以及角点处的墙肢；在受到地震的影响下，高层剪力墙结构会以整體弯曲变形为主，底部表面的小墙肢，截面的面积较小而且承受较大的竖向荷载，从而有较为严重的破坏，特别“一”字形小墙肢受到较为严重的破坏；由于在剪力墙结构中墙肢的刚度相对会降低，从而导致增加了连梁受剪破坏的可能性。所以，对这些薄弱环节，在剪力墙结构设计中就要进一步加强抗震构造措施以及抗震概念的设计。比如，在平面上剪力墙的分布要均匀，尽量让建筑物质中心与其钢度中心接近，以降低扭转效应。

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，这样会不利于抗震，因此在进行设计时，需要注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，确保连梁的受弯屈服先于剪切破坏；剪力墙适宜在2个方向均有梁与之拉结，连梁）适宜布置在各肢的平面里，防止采用“一”字形墙肢；剪力墙底部的部位配筋要符合相关要求。

六、结束语

高层建筑剪力墙结构的设计，有着提高建筑性能的良好作用。因此，在进行剪力墙结构设计时，应当根据工程具体的特点，正确计算、分析剪力墙其受力状态，结合其破坏形态进行设计并达到结构的安全性。唯有熟练、清楚地掌握规范，具备一个结构概念，才可以设计出安全、优秀、实用又经济的建筑作品。

参考文献：

[1]杨光.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].科技致富向导，2014（32）.

[2]陶善雨.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].黑龙江科学，2014（10）.

[3]王昉.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].科技致富向导，2014（20）.

[4] 吴昊天. 高层建筑剪力墙结构设计优化探究.科技创新与应用.2015.（15）

[5] 方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计.机械工业出版社，2004.

[6] 沈蒲生.高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社，2006.

高层剪力墙结构设计要点分析 篇7

1 工程概况

以建筑总高度为52.5米的佛山市裕富花苑住宅小区工程项目中的C座住宅楼为例, 此住宅楼共有层数为17层, 且地下室为1层。此建筑长度为28米, 宽21米, 地下室人防等级为6级, 采用现浇混凝土剪力墙结构。本工程抗震设防为6度, 基本地震加速度设计为0.05g, 抗震设防类别设计为丙类, 设计使用年限为50年, 建筑整体安全级别为二级。C座住宅楼标准层平面图如图1所示。

2 高层建筑结构设计特点与剪力墙结构特点分析

2.1 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。

2.2 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。

3 简述剪力墙结构设计的要点

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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。

3.5 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

[1]杨斌, 张红英.关于剪力墙结构设计中若干问题的研究[J].工程地球物理学报, 2007, 24 (6) :596-600.

[2]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅技, 2007, 21 (2) :29-32.

[5]刘聚利, 武瑞琴.高层剪力墙结构住宅结构设计体会[J].河北煤炭, 2000, 17 (12) :57-58.

[3]钟建兴.关于高层住宅剪力墙结构设计的一些探讨[J].企业科技与发展, 2010, 16 (26) :124-126.

高层建筑剪力墙结构设计 篇8

剪力墙是一种用来抵抗侧向力的比较好的单元, 它可以是完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构, 也可以是和框架共同组成的框架-剪力墙的结构。剪力墙具有比较大的刚度, 在结构中通常承受大部分的水平力, 成为一种比较有效的抗侧力的结构, 在地震区的高层建筑中设置剪力墙或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。

剪力墙根据是不是开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型。

1.1 实体墙

所谓实体墙就是指没有开洞或者开洞的面积小于整个墙体面积的15%。其受力的特点是就像一个悬臂墙。它的弯矩图既没有突变, 也没有反弯点, 整个墙体的变形是以弯曲型为主。

1.2 整体的小开口剪力墙

这主要是指开孔的面积虽然大于整个墙体面积的15%, 但是仍然属于小面积开孔的墙体, 其受力的特点就是弯矩图在连接梁的地方发生突变, 在高度上没有反弯点, 或者是仅仅在个别的楼层才有反弯点。

1.3 双脂肢或者多肢剪力墙

所谓的双肢或者多肢剪力墙主要是说开洞比较大的或者洞口成列布置的墙体。它的受力特点是和整体的小开口的剪力墙相类似的。

1.4 壁式框架

壁式框架是指洞口的尺寸相对比较大, 而连接梁线的刚度和墙肢线的刚度比较接近的墙体。其受力特点是弯矩图在楼层的地方放生突变, 而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。

2 高层剪力墙的布置原则

(1) 在设计剪力墙的时候, 最好沿主轴的方向多向或者双向布置, 在不同方向的剪力墙最好联结在一起, 要注意尽量避免对直或者拉通;在进行抗震设计的时候, 要使两个方向的侧向刚度相接近, 而剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单。在高层建筑的剪力墙结构中, 剪力墙要沿主轴的方向或者其他的方向进行双向的布置;尤其是在抗震设计中, 要避免出现仅仅单方向有墙的设计形式, 这样才能让其有比较好的空间工作性能, 而且可以使双向的抗侧力的刚度比较接近。剪力墙在分布上要均匀, 数量要适当。剪力墙在配置比较少的时候, 结构的抗侧力的刚度会不够;如果剪力墙的配置过多的时候, 墙体会得不到充分额利用, 抗侧力的刚度过大, 这样会导致地震力变大, 自身的重力变大, 也没有益处。

(2) 剪力墙在布置设计上不能太密集, 要使整个结构具有合适的侧向的刚度, 如果侧向刚度比较大的话, 不仅会加大墙体本身的重量, 还会使其在地震中所受的地震力变大, 容易发生倒塌事件。

(3) 剪力墙在竖直方向要从下到上做连续的布置, 避免发生刚度的突变情况。在高层建筑中, 剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单, 剪力墙在竖直方向的刚度要均匀, 剪力墙的门窗或者洞口要形成明确的墙肢和连接梁。要避免墙肢出现刚度相差悬殊的洞孔设计, 在进行抗震设计的时候, 一级、二级和三级抗震等级的剪力墙都不能采用叠合的错洞墙。

(4) 如果剪力墙的长度比较大的时候, 可以通过开设洞口的方式来把墙分成几个均匀的独立的墙体, 每一段墙体的长度不能大于8m。

(5) 剪力墙的洞口或者门窗要上下对齐, 不能错位, 成列布置。要避免使用叠合的错洞墙或者错洞墙, 这样都会影响剪力墙的承重能力, 容易发生应力变形。

(6) 在剪力墙和平面以外的方向的梁体连结的地方, 要加强剪力墙平面之外的抗弯的刚度以及承载力, 可以采取在墙内设置一些暗柱、扶壁柱或者和梁相互连接的型钢等措施, 也可以用减小梁端的弯矩的措施来达到加强承载力和抗弯能力的目的。例如:可以设计成铰接或者是半刚接的形式。

(7) 短肢剪力墙指的是墙肢的截面的长度和厚度的比值在5～8之间的剪力墙, 在高层建筑中, 不能全部都采用短肢剪力墙的设计结构。短肢剪力墙的结构的最大的使用高度要适当的有所降低。

3 高层建筑的剪力墙的抗震设计

高层建筑中, 剪力墙是主要的抗震结构, 因为剪力墙的水平方向的刚度比较大, 所以特别容易满足小震作用下的结构, 尤其是高层结构中的侧向位移的限制。但是, 对于建筑物的刚度的大小, 历来都有很多的争议。对于钢筋混凝土的剪力墙的结构, 通过一些地震灾害的事实表明, 刚度比较大的结构通常灾害要小一些。但是, 结构刚度并不能没有限制的增加, 因为在通常的情况下, 建筑物的刚度如果越大, 承受地震力的水平也会随着变大, 那么工程的费用也就变高了, 这里就需要掌握好一个尺度的问题。针对高层建筑, 控制这个标准的要素主要有两个。

(1) 控制结构上的水平位移。首先应该使结构的水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中的有关结构水平的位移的限值的规定。

(2) 控制地震力。在地震力的计算值比较小的情况下, 有的时候也会出现结构的顶点位移满足要求的一些假象, 所以, 只有底部的剪力在合理的要求的范围内, 对位移和内力以及配筋的情况做检查才有意义, 规范规定的剪力墙的结构的底部的剪力系数的范围可以防止剪力过小。

严格控制以上两个因素, 就是对剪力墙的合理布置的有效控制。这些内容在《高规》中并没有明确的规定, 但是工程师出于结构的安全、设计的方便、设计周期的缩短等考虑, 往往把结构设计的比较保守, 在一定程度上没有充分的发挥材料的性能, 在造价上造成了一定的浪费。所以, 深入的开展对剪力墙的结构的设计的研究是非常有现实意义的。

4 结语

为了适应人们对生活水平提出的更高的要求, 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。本文已经针对这些问题作了简要的论述, 希望设计师们在以后的设计中要特别注意, 设计出更加合理优化的高层建筑。

摘要：我国虽然面积辽阔, 但人口众多, 人均占地在世界排名中比较落后。近年来, 随着经济的稳步发展, 人们对建筑业提出了更高的要求。主要体现在对建筑高度和外观的要求上。大部分高层建筑都是商住两用的结构设计, 所以一到三层的空间要大一些, 承重墙主要是靠一些比较大的柱体结构, 而上面的居住层则在结构上要紧密一些。这样的结构特点使得高层建筑在承重方面设计起来比较困难, 为了解决这个问题, 剪力墙被更多的应用在高层建筑中。剪力墙是一种比较好的抵抗侧向力的单元, 它可以组成完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构, 也可以和框架共同组成框架-剪力墙的结构。文章就针对高层建筑中的剪力墙的设计以及构造特点作了简单的介绍。

关键词：高层建筑,剪力墙,框架,承重

参考文献

[1]胡景云.论剪力墙结构优化设计[J].建材世界, 2011 (2) .

[2]孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑, 2010 (24) .

[3]郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].建材技术与应用, 2011 (1) .

[4]苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播, 2010 (19) .

[5]葛勇.对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J].建材与装饰 (中旬刊) , 2008 (5) .

[6]宋庆军, 张海军.剪力墙设计中的几个问题[J].华章, 2010 (23) .

高层住宅剪力墙结构优化设计 篇9

关键词：剪力墙,结构布置,经济性,结构计算

0 引言

在高层住宅的各类结构体系中, 剪力墙结构由于经济指标最好, 而成为高层住宅中最主要的结构形式。鉴于该结构形式量大面广, 而开发商更加注重成本的控制, 因此, 怎样用最少的资源设计出既符合建筑使用要求又能保证安全的结构成为每位结构设计人员必须考虑的问题。

剪力墙结构的经济性由梁、板、剪力墙的布置决定。楼屋盖主要承受竖向荷载, 同时肩负着传递水平荷载的作用。如果剪力墙的间距过大, 势必增大楼屋盖的负担, 影响水平力向剪力墙的传递。因此, 剪力墙的间距受到了限制, 相应也限制了梁的灵活布置。所以, 剪力墙结构的经济性主要取决于剪力墙的合理布置。

1 剪力墙结构布置

剪力墙结构的布置应遵循的原则:刚度适中, 平面布置宜简单、规则, 竖向刚度变化均匀, 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐, 剪力墙的长度适中。详细的措施如下:

1) 结构布置尽可能的对称。结构的对称与否与建筑的平面布置息息相关, 对称的建筑很容易实现结构的对称布置, 而不对称的建筑平面布置, 如平面形式为曲线形、折线形、T形、L形等高层住宅建筑, 则应力求实现内部结构的基本对称, 这主要取决于结构设计人员结合建筑的平面布置和使用要求精心的进行结构布置, 具体方法为:通过调整电梯剪力墙筒体和剪力墙的布置, 使结构的刚心和质心尽可能的接近, 从而减少结构的扭转效应。不对称的结构布置, 必然两侧的刚度不等, 在水平侧向力的作用下, 刚度大的一侧变形小, 刚度小的一侧变形大, 导致结构产生扭转, 结构的扭转进一步削弱了结构抵抗侧移的能力。

2) 同一主轴方向各片剪力墙的刚度宜均匀。同一主轴方向各片剪力墙的抗侧刚度尽量均匀, 避免在某个部位设置过长的剪力墙。如果个别墙肢过长, 当地震发生时, 较长的墙肢由于其刚度较大, 会吸收较多的地震能量, 应力集中现象特别突出, 很容易首先发生破坏, 进而引起与其相连的其他墙肢的破坏, 直至结构发生倒塌。同一主轴方向各片剪力墙的刚度均匀, 在水平力作用下剪力墙的应力分布均匀, 剪力墙的延性要求更容易实现。

3) 尽量避免设计成一字形剪力墙。一字形剪力墙由于没有翼墙的约束, 平面外刚度很小, 承受平面外的力时, 很容易丧失稳定, 因此, 剪力墙结构中应尽量避免设置一字形剪力墙。在布置剪力墙时, 为了符合建筑设计的要求, 必须设置一字形剪力墙, 则一字形短肢剪力墙应采取比带翼墙短肢剪力墙更严格的抗震措施 (轴压比限值再降0.1) 。

4) 负荷面积相同的剪力墙轴压比宜接近。在竖向荷载作用下, 负荷面积相同的剪力墙其轴压比应接近。为了控制成本, 应使各墙肢的轴压比接近JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程 (简称高规) 的限值规定。轴压比相差较大, 柱的变形相差较大, 为了保持变形的一致, 必须通过剪力墙连梁或者框架梁来调整, 势必增大梁的配筋, 给来的配筋带来一定困难。

5) 结构沿竖刚度均匀分布。底部的剪力墙承受的压力最大, 为了满足轴压比的要求, 底部应设置较厚的剪力墙, 而上部剪力墙承受的压力小, 剪力墙的厚度相对小一些, 而且, 剪力墙的厚度宜均匀变化, 否则, 在厚度突变处, 产生应力集中, 首先遭受破坏。

2 结构计算

2.1 结构试算

一般可先根据建筑的布置, 初步确定建立几个标准层, 然后进行结构的组装;计算时可先不考虑地震作用, 查看剪力墙单独在竖向荷载作用下的轴压比情况, 要求各墙肢的轴压比应当均匀;否则, 应采取调整剪力墙墙肢长度、厚度及混凝土强度等级, 进行结构的二次分析, 其结构应符合《高规》中关于层间位移、周期比、位移比等反应结构整体计算指标的要求。

2.2 结构计算二次调整

若周期比、位移比不满足《高规》的要求, 则应采取下列措施:1) 增大结构外围剪力墙的刚度, 进而提高结构整体的扭转刚度;2) 减小结构中部剪力墙的数量或者改变中部剪力墙的布置, 使得结构的平动周期增大, 进而间接达到减小周期比、位移比的要求;3) 查看结构的空间振型图, 找到位移相对比较大的位置, 并在该位置布设剪力墙, 重新进行结构计算使其层间位移、周期比、位移比等指标符合规范的要求。

2.3 结构计算中典型问题的处理

1) 连梁超筋。连梁主要承受水平荷载, 竖向荷载一般不起控制作用。在水平荷载作用下, 连梁经常出现超筋现象, 采用增大截面法的措施效果不好, 应降低连梁刚度, 进而减小地震作用, 具体可采取下列措施:加宽洞口, 增大梁的跨高比;降低梁高;容许开裂, 对连梁刚度进行折减。

2) 为了避免设计成短肢剪力墙, 对于厚度为200 mm的剪力墙, 墙体长度设计成1 600 mm~1 700 mm就不合适, 若必须设计成短肢剪力墙, 那么短肢剪力墙所占的份额不应太大。

3) 避免楼面梁与剪力墙平面外相交。剪力墙平面外刚度及承载力较小, 如必须设置与剪力墙平面外相交的楼面梁, 则应在墙体的相应位置设置暗柱、扶壁柱或者沿梁长方面设置剪力墙。

3 控制建筑结构成本的方法

3.1 填充墙采用轻质高强材料

填充墙采用轻质高强材料, 一方面可以减轻梁的负担, 减少梁的配筋量;另一方面, 结构总体刚度降低, 承受的地震作用减少, 基础造价降低。剪力墙边缘构件、梁、板采用高强钢筋, 可以减少钢筋用量, 降低工程总造价。

3.2 精细的荷载计算

在结构的荷载计算过程中, 墙体的荷载计算出入最大, 其原因主要是关于门窗洞口的荷载折减多少的问题, 折减的太多可能不安全, 折减的太少, 墙体荷载偏大, 梁的配筋较多, 不经济。因此, 墙体的荷载计算应当精细, 可以根据洞口面积与墙体总面积的比值的大小进行折减, 当洞口面积所占比例较大时, 应当另外考虑窗体的自重。

3.3 精细的结构计算与合理的结构布置

1) 当剪力墙仅考虑竖向荷载作用下, 各墙肢的轴压比尽量接近;2) 墙体厚度较大时, 连梁或者框架梁的宽度可以不与梁同宽;3) 沿竖向剪力墙厚度变化宜均匀;4) 在确保结构具有足够的承受竖向及水平向荷载能力时, 剪力墙之间的间距尽量拉大;5) 各墙肢之间应由框架梁或连梁链接, 避免出现悬臂墙肢;6) 层间位移角接近《高规》中的限值。

4 工程实例

4.1 工程概况

某工程地上18层, 地下1层, 本工程总建筑面积10 374.57 m2, 建筑高度54.4 m, 标准层结构布置图详见图1。设计基准期为50年, 设计使用年限为50年, 建筑结构安全等级为二级, 结构重要性系数为1.0。抗震设防烈度6度, 设计基本地震加速度值为0.05g, 水平地震影响系数最大值为0.04。场地类别Ⅰ1类, 设计地震分组第一组, 特征周期为0.25 s。墙柱混凝土强度等级:基础顶面-9.000 m混凝土强度等级为C35, 9.000 m以上混凝土强度等级为C30。梁板中的受力钢筋采用HRB400级钢筋, 分布钢筋采用HPB300荷载按规范取值, 墙体采用烧结页岩空心砖。

4.2 工程经济指标

本工程按照上述原则进行剪力墙结构的设计, 混凝土用量为0.221 m3/m2, 对于一个高度为54.4 m的A级高度的建筑, 其混凝土用量经济指标较好。梁、板、墙体中的钢筋用量见表1。

kg/m2

4.3 经济性分析

针对本工程, 剪力墙钢筋用量最大, 其次是梁和板, 从表格中各构件的用钢量可以看出, 对于高层建筑剪力墙结构住宅, 总共钢量中剪力墙钢筋用量所占份额最大, 因此, 结构设计人员应特别注意剪力墙的布置问题, 另外, 根据电算结果进行配筋时也不应随意增大配筋。

5 结语

对结构设计进行优化并不是按照相关规范的下限进行结构的设计, 而是应该最大程度的发挥材料性能。对于结构设计软件不能准确分析的关键部位以及影响结构性能的重点部位, 应用其他结构设计软件进行补充分析或者对于重要部位从概念上予以加强。

在建筑设计的初步阶段, 结构设计师应与建筑设计师就剪力墙的布置多做沟通与协调, 以避免由于建筑方案所造成的严重不规则。结构的优化设计涉及到多个专业, 比如, 建筑、电器、暖通、给排水等, 因此, 务必注意各个专业的协调与沟通。结构布置的好坏, 直接关系到房屋建设成本的高低, 一个好的结构布置及后期的精心设计就会形成一个比较优秀的设计方案, 从而得到安全、适用、经济的目的。

参考文献

[1]JGJ 3—2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]蒋宇.浅谈剪力墙结构中墙体布置与经济性[J].建筑结构, 2011, 41 (S2) :46-48.

[3]刘昌军, 李海洲.浅谈建筑结构中剪力墙的布置[J].建筑结构, 2011, 41 (S1) :684-685.

[4]傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010:6-8.

浅谈高层剪力墙结构设计优化 篇10

关键词：高层建筑,剪力墙,结构设计

剪力墙结构具有刚度大、整体性强、用钢量小等优点, 因此被广泛应用于高层住宅建筑中。尤其是在旅馆等分间较多的居住性建筑结构中, 墙体通常采用剪力墙结构, 这样就可以将分隔墙与承重墙合二为一, 体现了一定的经济性。此外, 采用剪力墙结构室内不会出现露梁、露柱的现象, 外形比较美观, 有利于室内布置。虽然剪力墙结构在高层建筑中应用具有上述优点, 但是, 它还具有以下几个缺点: (1) 由于剪力墙具有较大的抗侧刚度, 因此会引发较大的地震反应, 从而需要加大基础及上部结构的费用投入。 (2) 由于墙体采用混凝土浇筑, 其自重较大, 不但造成较大浪费, 还会有较大的地震反应。 (3) 剪力墙结构中的各墙肢的轴压通常不大, 从而导致不能充分发挥各墙肢的承载力。 (4) 剪力墙结构的墙体多为构造配筋, 且配筋率一般较低, 因此结构的延性较差。因此, 在进行高层建筑剪力墙结构设计时, 如何充分发挥剪力墙结构的优点, 规避其缺点, 降低工程造价, 已经成为广大建筑设计人员必须考虑的问题。近年来, 建筑设计人员对于高层建筑剪力墙结构的设计优化予以了高度重视, 并且取得了一定的成绩。

1 高层建筑剪力墙结构优化设计分析

1.1 高层剪力墙住宅的结构设计的经济分析

(1) 剪力墙结构刚度大, 整体性好, 用钢量较省。在高层住宅中, 开间均较小, 分隔墙较多, 采用现浇剪力墙, 可将承重墙减少, 比较经济。另外, 剪力墙外观整齐, 没有露梁、露柱现象, 便于室内布置, 因此在高层住宅中常采用现浇剪力墙结构。

(2) 剪力墙结构设计中应注意的问题。剪力墙结构的坑侧刚度大, 结构周期小, 地震响应大;剪力墙结构墙体越多, 建筑物的重量越大, 地震反应也大, 会造成浪费;另外, 剪力墙结构墙体多为构造配筋, 如果配筋太低, 则结构延性差。刚度较大的结构一般震害较轻, 但是, 一般情况下, 建筑物的刚度越大, 工程费用越高。因此, 剪力墙结构应满足规范中的关于结构水平位移和地震力的要求, 但如果要做到安全适用, 经济合理, 就必须在实际工作中有所判断, 将结构水平位移和地震力控制在合理范围内, 然后检查结构的内力和配筋。

1.2 剪力墙结构构件含钢量控制

随着我国建筑科学的迅速发展, 建筑高度越来越高, 剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越广泛。要实现高层建筑结构设计的经济性, 就必须对其剪力墙结构中的含钢量进行适当的控制。因此, 在高层剪力墙结构设计时应该根据实际情况, 依据设计规范要求对高层剪力墙结构进行计算分析, 优化结构设计, 在确保结构安全的前提下将含钢量控制到最为经济。经过多年的设计及施工经验积累, 对高层建筑剪力墙的合适含钢量已经有了一些标准, 该合适含钢量指标对剪力墙结构设计的经济性有一定的指导意义。 (见表1)

1.3 优化结构设计, 降低工程造价

优化结构设计, 使结构受力均衡, 技术应用得当, 整体安全可靠度一致, 任一结构都能同时发挥其最大作用, 这样设计出的结构才能达到既经济, 又合理的目的。从结构设计整体布局来看, 在水平荷载作用下, 剪力墙的暗柱配筋往往是构造配筋, 暗柱断面的确定与剪力墙的布置有密切的关系, 而构造配筋与暗柱断面又有着一一对应关系。由于剪力墙布置的差异, 一片剪力墙两端暗柱的断面可能差6倍~10倍。配筋也相应差6倍~10倍。而剪力墙在不同方向的水平荷载作用下是具有对称性的。这样设计出的结构就会造成极大的浪费, 因此, 首先调整剪力墙的布置, 尽可能使之对称这样即节省了造价, 又增加了结构安全性。

2 高层建筑剪力墙结构设计优化

2.1 注重转换层结构设计

现代高层建筑的使用功能越来越多样化, 多功能的综合大楼, 其上部结构、下部结构的使用功能是不同的。因此, 其结构布置形式也应该有相应的变化, 必须设置转换层结构。高位转换的底部大空间剪力墙结构相当复杂, 因此在进行设计时必须要引起重视。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高, 调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的, 转换层本身的刚度和质量不宜大, 最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式, 计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位, 研究具体的内力分配特点, 通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。

2.2 对于连梁设计的有效优化

在设计连梁的抗震与非抗震的时候, 在高跨比的分类之上, 主要是有小于2.5和大于2.5两种, 并且对于截面配筋以及受剪承载力两个方面都有了相应的规范。而可以使用以下两种方式针对塑性调幅:

(1) 在进行内力计算之前, 就需要拆减连梁的刚度;

(2) 在进行内力计算之后, 连梁的剪力与弯矩的组合值还需要乘上一个折减系数。但是, 我们应当明确的是, 无论是选取了哪一种, 都需要确定在实际使用阶段当中的剪力与弯矩的设计值, 都要小于调整后的值。此外, 在设计弯矩时, 也必须大于设防烈度低一度的地震组合所得。从而对于正常使用情况之下, 亦或是在小型的地震发生之后, 对于裂缝进行有效防止, 最终达到确保高层建筑物的安全性能。

2.3 转换层上下部结构优化设计

(1) 在转换层的上下刚度的传递放纵, 剪力墙布置存在的影响。如果要能够准确的传递上下两种不同结构形式的内力, 首先需要考虑到刚度突变, 而对于转换层上下的结构可以通过两种方式将刚度突变的问题加以解决:

(1) 将上部的刚度减少, 也就是在上部当中, 能不设置剪力墙就尽量的避免设置, 当满足了轴压比时, 确保墙肢尽可能的短;

(2) 将下部的刚度进一步的加大, 在建筑满足了功能之下, 再恰当的布置若干的落地剪力墙在大空间层之内, 此外需要避免集中, 将剪力墙均匀的分布于其中。

(3) 需要合理的选择转换层上下部结构刚度。如果剪力墙转换层刚度过大, 不但会增大地震的反应以及竖向刚度的提高, 更会增加材料的使用量, 从经济的角度考虑是极为不合理的。如果剪力墙转换层刚度过小, 就可能出现沉降差, 进而使得明显的次应力在上部结构与水平结构之间出现 (其水平结构是与上部结构相连接的) , 从而增加了配筋量。而表现最为突出的就是在正交主次转换梁结构中对于次梁的转换。在这个时候, 不仅需要对于截面尺寸进行合理的选择, 也需要考虑到刚度是否满足设计的要求。

3 结束语

目前在高层建筑中剪力墙结构设计呈多样化的趋势, 掌握合理的、安全的设计方法是需要我们灵活运用概念设计再结合实际需要把握剪力墙结构设计的整体设计效果, 做到既体现设计的经济性又保证了设计的安全性。

参考文献

[1]胡昌哲.剪力墙结构设计的几个问题[J].黑龙江科技信息, 2010 (9) :5-6.

高层短肢剪力墙结构设计难点分析 篇11

关键词：高层短肢剪力墙结构设计难点分析

尽管短肢剪力墙结构优势突出，但是在设计必须预先考虑到其所面临的各种难点问题，否则其优势不仅不会有效的发挥出来，还会影响到高层建筑的整体性能，因此在设计时，尽量做好前期工作，充分了解高層建筑的具体需求，进而明确使用的数量，避免出现浪费的情况，在结构布置时，要使短肢剪力墙尽可能的做到拉直对齐，只有如此，才能满足其抗侧力的要求。

一、短肢剪力墙结构简介

短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm，其各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。一般情况下，这种结构会应用在房间间隔墙交叉的地方，具体使用的数量以及布置的形式，需要与抗侧力有直接关系的要求，通常而言，应该在各个短肢剪力墙的地方还需要布置连系梁，进而使得各个剪力墙能够形成一个整体，形成完整的结构体系，短肢剪力墙结构具有非常大优势，集中表现在如下几点：

首先，对建筑功能的发挥具有积极的作用，高层建筑应用这种结构之后，可以防止梁柱突出墙面，因为墙肢与填充墙的厚度一致，与各个剪力墙连接的梁能够保持在一个平面之中，另外，短肢剪力墙墙肢较短，自身质量比较轻，更适合应用在结构墙体中，而且符合我国建筑行业改革的需要，虽然使用这种结构，为施工人员带来了困难，但是与此同时也增大了建筑室内空间使用面积。

其次，有利于建筑结构设计，因为短肢剪力墙在设计时，其墙肢以及梁都可以隐藏起来，不会影响美观，除此之外，短肢剪力墙结构布置十分灵活，而且利用不同尺寸的短肢剪力墙可以有效的将整个高层建筑整体的刚度中心与质量中心尽量重合，使其不会发生偏移，所以对于设计人员来说，使用这种结构会节省结构设计的时间。

最后，短肢剪力墙结构体系使用方便，完全依照建筑自身的要求来选择，在应用期间，可以按照建筑平面规划的要求，通过间隔墙位置来设计竖向的构件，因此几乎不会与建筑使用功能发生任何冲突，另外，数量以及尺寸都依照具体的要求而定，除此之外，断肢剪力墙结构布置方案的可选择性也很强，其刚度以及强度的要求也能够得到满足，不需要在对其他构件进行设计，以此来达到刚度以及强度的要求。

二、高层短肢剪力墙结构设计难点

高层建筑中会普遍应用到短肢剪力墙结构，尤其是小高层建筑中，这种结构的应用概率更大，但是短肢剪力墙结构在设计时，需要注意非常多的问题，而这些问题也逐渐的成为其设计难点，这些难点问题如果不能预先采取有效的措施，将会影响高层建筑正常使用，严重者会发生安全事故。在此，笔者将以一个实例为例，具体的探讨其设计难点。

1、工程概况

某高层建筑，采用短肢剪力墙结构，基础为静压预应力管桩基础，地上10层，地面以上结构高度33m，建筑面积7500m²，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度。

2、结构布置

短肢剪力墙结构布置较灵活，不同的结构方案会导致不同的效果，总结已往经验，若要取得良好的抗震效果，在结构布置上应遵循如下原则：

高层建筑不应全部是短肢剪力墙结构，若短肢剪力墙较多，可在竖向交通中心区布置筒体或一般剪力墙来共同抵抗水平力;短肢剪力墙应布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，但不必在每墙交接处设短肢墙，满足竖向荷载和抗侧力的需要即可;短肢剪力墙的数量和长短可根据结构受力的需要来确定。可由基本自振周期来判断剪力墙布置是否合理;短肢墙应尽量对齐、拉直，以便和连梁一起构成抗侧力构件。在外凸出部分、平面外边缘和角点处，容易产生大的应力集中，应设短肢剪力墙以满足平面刚性和抗扭的要求;采用普通楼板时，短肢剪力墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大，否则应采用预应力楼板;剪力墙相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间应避免小墙肢，试验表明：墙肢宽度与厚度之比小于3的小墙肢在反复荷载的作用下，比大墙肢开裂早，即使加强配筋，也难以防止小墙肢的较早破坏;纵横向剪力墙宜布置成T形、L形、十字形以避免布置与墙平面单侧相交的梁，同时亦可以使纵墙可以作为横墙的的翼缘，横墙可以作为纵墙的翼缘，提高其承载力和刚度。

3、结构计算

本工程采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（墙元模型）SATWE进行计算。本工程严格按规范条文进行设计计算，因短肢剪力墙较多，布置了电梯筒体和一般剪力墙，形成短肢剪力墙与筒体和一般剪力墙共同抵抗水平力的剪力墙结构，并符合下列规定：其最大适用高度比《高规》中剪力墙结构的规定值低，本工程地面以上结构高度为33m，低于100m;抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩为结构总底部地震倾覆力矩的65%，不小于50%;抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级比《高规》规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用;本工程短肢剪力墙抗震等级为一级;抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一级不宜大于0.5。

4、抗震构造措施

短肢剪力墙除了要按结构计算进行配筋外，还应设构造钢筋。短肢剪力墙的侧向刚度介于框架异形柱和普通剪力墙之间，以轴向力为主，弯矩为辅。与框架异型柱和普通剪力墙结构一样，短肢剪力墙在设计时也要加强边缘构件的配筋。短肢剪力墙主要布置在房间分隔墙的交点处，根据抗侧力的需要及分隔墙相交的形式而确定适当数量，并在各墙肢间设置连系梁形成整体。这种结构系实属剪力墙结构的一种，短肢力剪力墙结构中，除墙肢平面内有梁外，与垂直墙肢方向也有梁，此类梁由于支座面筋要满足锚固（0.4Lae）构造要求，因此在配筋时要选用小直径的钢筋，采用“密而小”的配筋原则，这样即满足0.4Lae锚固要求也有利于梁端裂缝控制。本工程框架梁抗震等级为三级，框架梁混凝土强度等级C25，此位置短肢墙厚度为200mm，因此选用直径Φ12的钢筋，0.4Lae=0.4×35d=0.4×35×12=168mm，满足要求。振动台模拟地震试验结果表明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂;在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重;在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。

三、结语

综上所述，可知对高层短肢剪力墙结构设计难点进行分析十分必要，因为只有如此，才能充分的证明该种结构的设计优势，在具体布置时，需要对该结构进行计算，应该采用先进的软件避免出现计算误差。

参考文献：

[1]武彩红，冀建军.短肢剪力墙和异形柱的研究综述[J].山西建筑.2009（07）

[2]张守军，李青宁，李锐，方运红.T形短肢剪力墙弹塑性受力性能优化分析[J].四川建筑科学研究.2009（01）

[3]施巧珍.对目前短肢剪力墙结构设计的探讨[J].四川建材.2009（01）

高层建筑剪力墙结构的设计 篇12

关键词：高层建筑,剪力墙,设计,措施

随着社会经济的发展,人类对居住空间要求越来越挑剔,住宅内部露梁、露柱已不能满足人们对住宅空间的要求。20世纪60年代出现剪力墙结构,由于其刚度大,能有效地减少侧移,且具有较好的抗震性能,因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。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普遍欢迎。2002新规范的颁布实施,对高层建筑的结构设计提出了更多的要求,也使高层剪力墙结构的设计遇到了许多新的特殊的问题。本文仅就高层剪力墙结构设计中一些常见问题的处理方法提出一些看法,仅供设计者参考。

1 剪力墙的概念及分类

1.1 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。

1.2 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。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M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。

1.3 剪力墙设计的原则

剪力墙在设计中既要满足位移限值的要求,又要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用,做到安全、经济合理。剪力墙合理数量的确定原则是:在满足规范规定的位移限值条件的前提下,剪力墙数量应尽量减少,但应满足在基本振型地震作用下,剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%。同时,规范规定框架部分承担的剪力至少为底部总剪力的20%,或各层框架承担的地震总剪力中最大值的1.5倍。

2 优化高层建筑剪力墙结构设计的措施

2.1 避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大

《高层建筑混凝土结构技术规程》(简称《高规》)中规定:“矩形截面独立墙肢的截面高度hw不宜小于截面宽度bw的5倍。”一旦出现上述情况,对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制,设计施工都比较困难。在实际设计中,独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除,或合理布置剪力墙,使小墙肢成为墙体翼缘,其受力状态明显好于独立小墙肢,仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性,细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙,从而可避免脆性的剪切破坏。

2.2 注重转换层结构设计

高层建筑功能和形式日益多样化,当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部(中部)和下部使用功能不同时,结构布置也要相应改变,要设置转换构件衔接上下结构,传递内力,设置转换构件的楼层称为转换层。因此,对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构,应当慎重设计。1)由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高,调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的,转换层本身的刚度和质量不宜大,最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。2)宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式,计算时应多取参与组合的振型数。3)通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位,研究具体的内力分配特点,通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。

2.3 优化连梁设计

根据《高规》在连梁设计方面的规定,对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况,在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅,以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法:1)在内力计算前将连梁刚度进行折减;2)在内力计算之后,将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。无论采用何种方法,连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值,也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值,以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。同时要注重连梁的铰接处理。

2.4 控制剪力墙的厚度

根据抗震规范6.1.2条规定,8度地震设防区剪力墙结构的抗震等级至少应为二级。以上规定目的是为防止因墙体平面外刚度过小,稳定性差,容易在偏心荷载作用下压屈失稳,但这些规定对于8度地震设防区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。例如5层～15层的剪力墙结构,一般墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都小于0.2,电算结果墙体往往只需要构造配筋,但只因底部功能要求3.9 m层高,墙厚就得250 mm,若业主要求室内视野开阔,不设外纵墙,横墙朝外端头不允许带翼墙或端柱时,当层高3.9 m～4.2 m时,则墙厚需要320 mm～350 mm,显然不合理。

2.5底部加强部位的设计

在剪力墙设计时,一般高层剪力墙结构,底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值;底部带转换层的高层建筑结构,其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位,在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层,同时将影响到地下1层,此时地下1层的抗震等级不能降低,加强部位的范围应向下延伸到地下1层,并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件。

总之,在进行剪力墙结构设计时,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。同时其设计也有一些技巧,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适用的优秀作品。

参考文献

[1]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2]北京市建筑设计技术细则(结构专业)[S].北京:北京市建筑设计标准化办公室,2004.

[3]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]刘成清.带高位型钢混凝土转换层建筑结构抗震性能研究[D].成都:西南交通大学建工学院,2005.

[5]朱炳寅.混凝土剪力墙的连梁设计计算及超筋的处理[J].建筑结构技术通讯,2007(3):1-2.

[6]谷萱.对高位转换结构设计的探讨[J].广西城镇建设,2004(10):23-26.