高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析

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摘要：高层建筑可以有效利用土地面积，但其对建筑的结构要求了相对高一些。如何在高层建筑中进行结构设计成为工程项目的工作重点。通过结构设计要不断提高建筑结构的实用性与耐久性。另外现代人们还对建筑提出了美观、和谐等要求，剪力墙结构是建筑工程中觉的一种结构，目前已经在大型建筑结构中得以应用，充分体现了整体性、耐久性方面的优势。本文对高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点进行了探讨。

关键词：高层建筑;剪力墙结构;设计

中图分类号： TU208 文献标识码： A

引言

我国社会经济的迅猛发展和人口压力迫使城市建筑无限可能地纵向发展，高楼林立已然成为城市的一道亮丽风景线，现代高层建筑越来越向多功能的综合用途发展。人们对高层建筑平面空间的设计要求越来越高，普通的框架结构显然已不能满足人们对高层建筑室内空间的使用和整体美观的愿望。剪力墙从纵向及横向来承担荷载，其刚度有力地抗击着水平荷载，已经被高层建筑结构设计广泛使用。

一、剪力墙结构设计的基本原则

剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载，剪力墙结构的设计既要安全合理，又要考虑经济问题。设计过程中，各种位移限制值都要满足，结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。设计时，剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求，数量应该尽量少，但又不能影响基本振犁的要求。建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。

1、调整楼层最小剪力系数方面的原则

设计中剪力墙结构的布置要尽量减小，大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案，侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小，但不能超出规范的极限范围，短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4，这样既可以减轻结构自重，同时降低了地震带来的危害又可以节约用费。

2、调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候，如果楼层地区地震比较频繁，所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形，应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。高层建筑重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构建的数量决定着，在建设施工中，有足够多数量的构件还是远远不够的，更要考虑构建的布局是否合理，如果不合理，就会产生过大的扭转变形，楼层间的位移就达不到要求。因此，对于高层建筑而言，不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度，而应该尽量减小扭转变形。

3、调整剪力墙结构连续超限方面的原则

剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩出现及剪力过大，超过规范限度，跨高比一般大于或等于2.5。规范规定，在跨高比小于5的时候，连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择，可以很好地避免弯矩及剪力过量，可保持在规定范围内。在结构设计时，如果可以有效合理的用上这些，可以大大降低工程成本。

剪力墙结构不只应该符合相关规定，在设计时要考虑多方面的因素，建筑物的平面、立面应尽量均匀，剪力墙结构应尽量远离房屋中心，以保证房屋整体的抗扭。

二、高层剪力墙结构设计要点

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首先要注意以下几点：

（1）剪力墙应沿主轴方向双向均匀的进行布设，采用两个方向抗侧刚度接近为宜，不宜采用单向的方式进行布设。尽量使得刚度中心与质量中心靠近，减小地震造成的扭转。若无法避免，则最好在剪力墙的相应部位设置暗柱，当梁高大于墙厚的2.5倍时，应计算暗柱配筋；

（2）剪力墙结构的抗侧力刚度和承载力均较大，为充分利用剪力墙的这一特征，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，以便使结构具备适宜的侧向刚度。（3）在结构布置过程中，应避免布置墙肢长度过长（≥8m）的墙体。当有少量墙肢长度大于8m时，计算中，楼层剪力主要由这些大的墙肢承受，其他小的墙肢承受的剪力很小，一旦地震，尤其超烈度地震时，大墙肢容易遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，整个结构容易被各个击破，这是极不利的。所以，对于大的剪力墙墙肢，应采用留置结构洞口（洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁），把长墙肢分解成合理的墙肢长度，调整其刚度。

（4）剪力墙的门窗洞口宜上下对其，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。当无法上下对其，成列布置时，应按有限元方法仔细计算分析，并在洞口周边采取加强措施。

2、剪力墙厚度的确定

剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，建立阿强的竖向刚度应均匀，其门窗口最好成列布置，上下对齐，形成较为明显的连梁和墙肢，避免出现使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。在抗震结构设计师，一、三级抗震等级的剪力墙底部加强部位最好不要采用错洞墙，二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸有具体的规定“按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不应小于200mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/20，且不应小于160mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/25，且不应小于180mm”。

3、剪力墙结构构件延性设计

要使剪力墙具有延性，就要控制塑性铰在某个恰当的部位出现；在塑性铰区域防止过早出现剪切破坏（即强剪弱弯设计），并防止过早出现锚固破坏（强锚固）；在塑性铰区域改善抗弯及抗剪钢筋构造，控制斜裂缝开展，充分发挥弯曲作用下抗拉钢筋的延性作用。剪力墙的塑性铰通常出现在底截面，因此，剪力墙底部应设置加强区，加强范围不宜小于H/8(H为剪力墙总高)，也不小于底层层高。当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的范围可取墙肢总高度的1/10。影响墙肢延性的因素主要有：

（1）剪力墙截面有、无翼缘对剪力墙延性影响很大。当截面没有翼缘时，延性较差。有了翼缘或端柱后，延性大为提高。

（2）剪力墙随轴力增大，延性降低。

（3）当钢筋总量不变，但端部钢筋与分布钢筋的分配比例不同时，墙肢延性不同。在规范许可条件下，适当增加端部钢筋，减少分布钢筋，即可提高承载力，又可提高延性。

（4）设置约束边缘构件是提高延性的有效方法。

4、剪力墙墙体配筋

一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。钢筋满足设计计算及规范建议的最小配筋率即可。剪力墙的加强区域10@200，非加强区域8@200双层双向即可。双排钢筋之间采用6@600×600拉筋。但是地下部分的墙体配筋大多受到水压力、土压力产生的侧压力控制，因此需要另行计算和配置，地下部分的墙体由于简化计算经常有竖向筋控制，在这种情况下为增大计算墙体的有效高度，可以经地下部分墙体的水平筋放置在内侧，竖向筋放置在外侧。

结束语

随着人们的高层需求不断增多，商业与住宅都出现了大量的高层建筑，这对城市的土地面积是一种有效的利用，符合目前社会发展的趋势要求。高层建筑中剪力墙的应用更是体现出了绝对的优势。不但满足最基本的实用性要求，更是对人们日益增长的个性化需求、工程经济性需求以及耐久性要求都可以实现。剪力墙结构设计技术的应用，极大地提高了建筑工程的质量，也有效降低了生产成本。在未来，剪力墙的结构设计将会有效避免劣势问题，通过技术的运用、完善的计算，不断提高剪力墙结构设计技术水平，促进我国建筑工程质量的不断提升。

参考文献

[1]秦莹．剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用［J］．科技致富向导，2013.

[2]王燕．剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用［J］．科技与企业，2014.