关于高层住宅剪力墙结构设计的探讨

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摘要：城市在迅速发展，高层建筑也越来越多。而剪力墙结构是高层建筑的重要组成部分，剪力墙结构设计的好坏直接影响到高层建筑的安全。本文从高层住宅中的剪力墙结构设计方面说起，同时结合了一些自己的实际工作经验，对剪力墙结构设计提出了几点看法。

关键词：剪力墙；结构设计；高层住宅

Abstract: the city is developing rapidly, high-rise building more and more. And the shear wall structure is an important part of the high-rise building, the shear wall structure design affects the safety of the high-rise building. This paper, from the top of the house of the shear wall structure design, in combination with the some of their actual experience, the shear wall structure design puts forward opinions.

Keywords: shear wall; Structure design; High-rise residential

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一般十层及十层以上或房屋高度超过28米的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其它民用建筑称为高层建筑，由于高层建筑的投入比较大，施工期也比较长，所以要格外注意建筑的质量和安全问题，确保建筑可以正常施工和使用。高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。比如框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构，筒体结构等等。而剪力墙结构在高层住宅中运用广泛。

剪力墙结构设计包括：截面计算、连梁布置、配筋构造、墙肢等。在高层建筑中剪力墙结构对其安全质量尤为重要。

一 关于剪力墙的概要

1.概念

剪力墙结构是指用钢筋混凝土墙来替代框架结构的柱，使其能承担各种荷载引起的内力，并且能控制结构水平力，是用钢筋混凝土墙承受水平和竖向作用的一种结构形式。

2.特点

（1）剪力墙可以节约层高、充分利用空间。（2）剪力墙抗侧能力强，承载能力优越，适用于高层建筑。（3）可以吸收地震的能量大，因为剪力墙自身的重力大。（4）对于一些想要改变室内格局的居住者，剪力墙建筑因为结构原因，很难满足居住者的这个要求。（5）剪力墙工程造价高，施工起来比较麻烦。

3.分类

（1）壁式框架：壁式框架是洞口尺寸很大，墙体肢线和连梁线这两的刚度差不多的墙。其受力特点的弯矩图的突变发生在楼层处，并且基本上所有的楼层都会有反弯点。（2）整体小开口剪力墙：整体小开口剪力墙是开洞仍然比较小但是洞口面积大于15％。其受力性能可以按整体悬臂梁考虑，并且还要考虑墙肢的局部弯矩。其弯矩图在整个墙肢高度上没有反弯点，而在连梁处发生突变。（3）实体墙：实体墙就不开洞或者开洞不超过墙的15％。其受力特点和整体悬臂梁比较类似，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态和偏心受压柱相似。整体高度上变形主要是弯曲型，无反弯点和突变。（4）双肢或多肢剪力墙：是墙体开洞很大或者洞口成列布置。其受力特点和整体小开口剪力墙比较类似。受力特点与整体小开口墙相似。

二 剪力墙设计过程中的问题

1.要点

（1）高层建筑中自重等一些竖向负荷很多，足以使柱产生很大的轴向变形，这样就会对连续梁弯矩产生很大的影响，对预制构件的下梁长度产生影响。同时也会对构件的侧移和剪力有所影响，导致结构设计也不够安全。

（2）高层建筑结构设计的重要指标是结构延性。高层建筑结构在地震时变形比低层建筑变形更大。为了防止高层建筑的倒塌，具有比较强的变形能力，要保持结构的足够延性。

（3）高层建筑剪力墙结构设计的关键因素是侧移。水平荷载的侧移变形是随着建筑高度的不断增加而增大的，所以侧移应该控制在有关规定的限度内。

（4）高层建筑剪力墙结构设计决定性因素是水平荷载。因为结构是由竖向负载产生的弯矩和轴力的大小，只和建筑高度一次方成正比；而水平荷载产生的倾覆力矩和竖构件里产生轴力的，和建筑高度两次方成正比；还有一般建筑的竖向荷载都是定值，而地震作用和风荷载等一些水平荷载，数值是随着结构动力的特性不同，而有不同的幅度变化。

2.设计原则

为了保证建筑的质量和安全，高层建筑剪力墙结构都会有一些设计原则。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。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。

剪力墙墙肢截面，应按规则去设计。门窗洞口最好能上下对齐并且成列布置，形成很明显的墙肢和连梁。抗震设计方面对小于3级抗震能力的剪力墙，底部加强部分不要用错洞墙来设计。同时还要保证剪力墙布置时连续的、自上而下的布置，避免刚度突变，影响其安全。在设计剪力墙时，除要满足其位移限值要求以外，还要保证框剪结构里的各个抗侧力元件都要满足安全、合理、经济的要求。在剪力墙数量方面，设计规范中规定，剪力墙框剪部分，承担剪力必需大于等于剪力墙底部总作用力的20%，也可以是不小于各层框架所受的地震总剪力中最大数值的1.5倍。

3.剪力墙计算

剪力墙要按偏心受压、斜截面受剪或平面外轴心、偏心受拉承载力来计算。在集中荷载的作用下，墙内没有暗柱的应该进行局部的受压承载力计算。规范中规定，抗震设计双肢剪力墙中，墙肢不要出现小于偏心受拉；当任何一个墙肢大于偏心受拉的时候，另一个墙肢的剪力设计值和弯矩计值应该乘以增大系数的1.25。因为要是双肢剪力墙里的任何一个墙肢小于偏心受拉，那么这个墙肢就很多可能导致其抗剪承载力不足；当墙肢大于偏心受拉时，则墙肢就会容易出现裂缝，会导致其刚度降低。

剪力墙结构计算的软件有很多。比如三维杆一系薄壁柱空间分析方法或者是空间杆一墙组元分方法。在软件输入中，有两种主要的方式：一是直接输入整片墙，然后再墙体开洞；另一种是按照墙肢进行输入，墙肢之间要设有钢筋混凝土土梁。在计算过程中，这两种方法只能选择一种，如果一个结构同时输入两个方法，计算就会出现误差。

4.连梁的设计

剪力墙结构和框架一剪力墙结构中，连梁是指两端与剪力墙相连且跨高小于5的梁。对连梁，在竖向荷载下的弯矩，所占的比例较小，水平荷载下产生的反弯使连梁对剪切的变形比较敏感，很容易出现剪切裂缝这样的问题。

对此处理方式有两种：一是减少梁截面，但是这种方式受实际情况的限制；另一种方法是将连梁刚度折减或是将连梁剪力和弯矩进行调整，这样可以降低剪力设计值。当一部分的连梁降低弯矩设计值以后，其它的部分墙肢和连梁的弯矩设计值都会相应的有所提高。

其实连梁在剪力墙结构中是一个耗能的构件。但是在短肢剪力墙结构里，墙肢的刚度相对减少，连接各个墙肢之间的梁已经和普通的框架梁类似，不同于一般的剪力墙连梁，不适合在计算的整体信息中把连梁刚度大幅下调，要使其设计的内力降低，就是要按照普通的框架梁的要求，控制好混凝土压区的高度，梁端的负弯矩钢筋可以由塑型条幅70%~80%来解决。要按照强柱弱梁，抢剪弱弯的延性要求来进行计算，这一点设计者要格外注意。