概論高層剪力墻結構設計要點

關鍵詞：高層剪力墻結構；設計；分析 

　　隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及城鎮(zhèn)化進程的加快，城市建筑正在向高、輕、智能、藝術、人文等方向發(fā)展。高層建筑的適用范圍逐步擴大，在住宅建筑中體現(xiàn)的尤為突出。剪力墻結構因其獨有的抗震性能好、抗側剛度大、側移較小、室內(nèi)空間整齊的優(yōu)勢而被廣泛應用于其中。 

　　一、剪力墻結構特點分析 

　　現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構，除了承受樓板傳來的豎向荷載外，還承受風荷載和水平地震作用。剪力墻結構的抗側剛度大，在水平力作用下的側移較小，承載力較大，且整體性較好。在近年的多次大地震中，剪力墻結構破壞很小，均表現(xiàn)出很好的抗震性能。但剪力墻的間距一般較小，平面布置不夠靈活，建筑空間受到一定限制，因此一些需要大空間的建筑使用剪力墻結構就受到一定的限制。例如，上部為住宅，下面幾層為商業(yè)的高層建筑，對建筑下部影響建筑使用空間的剪力墻，可以采用框支梁、框支柱來轉換，從而滿足使用空間的要求。 

　　二、高層建筑的結構受力特點 

　　高層建筑的豎向荷載對于在柱中的軸向變形比較明顯，從而影響連續(xù)梁的彎矩，此時，必須考慮軸向變形的計算值。然而，對于高度較高的高層建筑，通常建筑的側移變形才是結構設計的關鍵，影響建筑側移變形變化的主要是水平荷載。如風荷載，隨著高度的不同，而逐漸增大，達到一定的高度，它的值會急劇增大。因此，隨著樓房高度的增加，水平荷載作用下結構的側移變形也會隨著建筑高度的增加而逐漸增加。 

　　三、剪力墻結構設計的要點 

　　剪力墻作為豎向構件是形成結構抗側力剛度的最主要構件，它在建筑中承擔著整個結構的豎向荷載和絕大部分水平荷載。剪力墻建筑結構的設計應注意以下幾個方面： 

　　3.1剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且 x、y 兩向的剛重比接近，在結構布置時應盡量避免僅單向有墻的結構布置形式，以使其具有較好的空間工作性能，并且使兩個受力方向的抗側剛度接近，一般可控制兩項的主要計算指標（周期、層間位移等）相比不小于80%，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件兩個方向均應布置成長墻。 

　　3.2剪力墻結構的合理布設 

　　在對剪力墻結構進行合理布設時應注意以下幾個要點：（1）剪力墻應沿主軸方向雙向均勻布置，宜使兩個方向抗側剛度接近，不宜采取單向的方式進行布設。盡量使得剛度中心與質(zhì)量中心靠近，減小地震造成結構扭轉；（2）在對剪力墻結構進行布設時，墻肢使用不宜選擇“一”字形的，帶翼緣的T型或L型等最為適宜，槽型、工字型也可；為減輕結構自重，加大建筑可用空間，剪力墻不宜布置太密，以使結構有合適的剛度、滿足規(guī)范的側移限制為好，否則，剛度太大，周期太短，延性差；剪力墻豎向剛度要求勻稱，由下到上連續(xù)布置，可沿高度改變剪力墻厚度和混凝土強度等級；剪力墻上要布置洞口，應盡量布置成成排成列，能夠形成很明確的墻肢和連梁，使得應力分布比較規(guī)則，又與計算簡圖較為吻合，設計結果比較可靠。 

　　3.3剪力墻厚度確定 

　　剪力墻墻肢截面比較適宜簡單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應均勻，其門窗洞口最好成列布置、上下對齊，形成明確的連梁和墻肢。避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置，在抗震結構 

　　設計時，一、二、三級抗震等級剪力墻的底部加強部位最好不要采用錯洞墻，二、三級抗震等級的剪力墻均不宜采用疊合錯洞墻。 

　　《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)定如下：“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200mm，其他部位不應小于 160 mm；一字形獨立剪力墻底部加強部位不應小于220mm，其他部位不應小于 180 mm；按三、四級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，不應小于 160 mm，一字形獨立剪力墻不應小于 180 mm。一般要求水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內(nèi)側。配筋滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。加強區(qū)φ10@200，非加強區(qū)φ8@200 雙層雙向即可。雙排鋼筋之間采用φ6@600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側壓力控制，而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側，豎向鋼筋放在外側。 

　　3.4 設置邊緣構件 

　　對于普通剪力墻，在重力荷載代表值作用下，一、二級剪力墻墻肢的軸壓比滿足規(guī)范不設約束邊緣構件的最大軸壓比要求時，可僅設設置構造邊緣構件。其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，依據(jù)抗震等級不同，加強區(qū)采用 0.5～1.0%，一般部位 0.4～0.8%。對于短肢剪力墻，控制配筋率加強區(qū) 1.2%，一般部位 1.0%；對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按高規(guī)控制其軸壓比，且宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區(qū) 1.2%，一般部位 1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設計中往往就按長肢墻進行暗柱配筋。 

　　四、剪力墻的布置 

　　按照抗震設計要求，結合窗間墻、樓梯間及房間四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”，形、“Z”形或“十”字形墻段，沿結構平面各主軸方向均勻、對稱布置，做到剛心和質(zhì)心 

　　重合，減少結構扭轉。各墻肢肢長不宜相差太大，截面高厚比可以控制在 5～8 之間，避免出現(xiàn)高厚比小于 3 的小墻肢，使各墻肢剛度接近，保證在水平地震力作用下，各墻肢受力均勻，避免個別長墻因內(nèi)力太大而出現(xiàn)超筋。在豎向，要求墻肢上下對齊、連續(xù)。在同一軸線上的各墻肢通過連系梁連接，可增加對墻肢的約束，提高結構的抗震性能。為了保證連梁具有較好的剛度和延性，取其跨高比為 4≤l/h≤8較為合適。 

　　結語：本文主要在筆者多年建筑結構設計經(jīng)驗的基礎上，簡要概述了高層建筑剪力墻結構的特點以及高層建筑結構本身的特性，對高層剪力墻結構住宅的優(yōu)勢進行了闡明，并總結概括了剪力墻結構設計過程中常見的問題和注意事項，從剪力墻長度以及厚度選擇、剪力墻結構合理布設等角度出發(fā)，并在此基礎上提出了一些在進行設計過程中所遇見的問題和解決方法。 

　　參考文獻： 

　　[1]《簡明高層混凝土結構設計手冊》李國勝編著 

　　[2]國家標準. 混凝土結構設計規(guī)范（GB 50010-2010）.北京：中國建筑工業(yè)出版社 

　　[3]國家標準. 建筑結構荷載規(guī)范（GB 50009-2011）. 北京：中國建筑工業(yè)出版社 

　　[4]行業(yè)標準. 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ 3-2010）. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 

　　[5]行業(yè)標準. 高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程（JGJ 99-98）.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 

　　[6]梁興文、史慶軒、童岳生編著.鋼筋混凝土結構設計.北京：科學技術文獻出版社，1999