谈建筑剪力墙结构设计分析

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摘要：剪力墙结构既可以保证结构安全可靠性，又可以使室内空间合理、墙面平整，所以高层建筑结构中越来越多地采用剪力墙结构，剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框剪结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。本文对建筑剪力墙结构设计进行了探讨。

关键词：建筑；剪力墙；结构设计；特点；原则；措施

Abstract: the shear wall structure can guarantee the safety of the structure reliability, and can make indoor space reasonable, metope level off, so high building structure used more and more in the shear wall structure, shear wall, the stress of the deformation characteristics, similar to the box shear structure, but cut structure stiffness than box distribution, internal force distribution more reasonable, structure of the deformation coordination of vertical displacement to the differences, also cut than box small structure is based load more even, the reasonable. In this paper, the architecture shear wall structure design are also discussed.

Keywords: architecture; Shear wall; Structure design; Characteristics; Principle; measures

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

随着国内外高层建筑事业的迅猛发展， 现代化高层建筑正朝着建筑户型更加复杂， 建筑功能更加多样化的综合性建筑的方向发展，普通框架结构已不能满足人们对住宅空间使用和立面美观的要求。剪力墙结构既可以保证结构安全可靠性，又可以使室内空间合理、墙面平整，所以高层建筑结构中越来越多地采用剪力墙结构，剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框剪结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。

一、建筑剪力墙的特点以及分类

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、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。

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。

3、双肢或者多肢剪力墙

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。

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。

二、建筑剪力墙设计中的基本原则

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肢长与厚度的比值，当比值 3时可按柱设计，当比值在3到5之间时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。

2、剪力墙结构中，墙是一平面构件，它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，其受水平力作用下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需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，墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。

3、剪力

墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小 、当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外刚度及承载力、 因此应尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全。

4、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小值：剪力墙之间的间距；门窗洞口之间的翼缘宽度；墙肢总高度的1/10；剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。

三、建筑剪力墙结构设计的措施

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不宜小于截面宽度的 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、 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。

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。

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。

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。

在高层建筑不断发展的需求下， 如何在设计方面满足高层建筑的样式创新、 功能需求以及结构安全性， 追求新的结构形式和更加合理的模型将是未来的目标和方向。工程设计人员也必须充分理解新规范编制原理， 将新高规和新抗震规范和工程实际情况紧密结合， 不断提高工程设计水平。

参考文献：

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[3] 齐楠. 浅议高层建筑剪力墙结构设计[J]. 黑龙江科技信息, 2011,(17) [4] 吕瑞孝, 姜剑虹. 高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J]. 科技信息, 2011,(19)