基于高层建筑剪力墙设计的实践分析

基于高层建筑剪力墙设计的实践分析

蔡小燕

身份证号码：44152119891203xxxx

【摘要】剪力墙这种结构形式已经成为目前高层住宅结构形式的首选，剪力墙结构布置灵活，抗震性能好，容易满足各种使用功能的要求来增加使用中的舒适度。因此，作为结构设计人员要充分了解其受力原理，合理设计出安全、实用、经济的高层剪力墙结构。本文以高层建筑剪力墙结构设计要点探究为主题，从剪力墙的相关概念出发，重点研究高层建筑中剪力墙结构设计的要点，并结合相关案例分析说明。研究的目的在于通过对剪力墙的设计要点分析，使得建筑结构得到整体优化，从而促进高层建筑的安全性、经济性以及科学性。

【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计

1高层建筑剪力墙结构设计概述和特征

高层建筑需要有效合理科学的建筑结构设计才能满足高层建筑发展速度加快的施工复杂难度加大的特点。剪力墙是通过结合传统的钢筋混凝土为主体材料，按照一定架体结构和工程施工技术进行建造的稳定墙体结构，在对外界环境的抗震系数和建筑美观都合乎现代建筑高标准要求。剪力墙主体结构是利用上层楼板和相互上下结构的压力作用并在和相互配合墙体间进行复式重组结构进行承重搭建的，对空间合理运用是符合高层建筑用户对空间更大的需求的。

剪力墙结构的特征分析，首先在是依靠建立在传统钢筋混凝土结构中进行结构设计的，因而其具有稳定系数高和整体协调性好的优势。在对传统建筑物梁以及支撑柱体进行了代替，空间布局性相对的进行了符合现代化审美角度和建筑质量结构的改进。同时，在剪力墙的成本费用也是最低廉的，是因为大量钢筋混凝土的使用，对其他施工材料减少实用量，不需要在其他相应加大其他施工材料追加成本考虑。因而，剪力墙的特征优势明显，但缺点问题也很突出，首先剪力墙对垂直结构的支撑和抵抗性高，对水平左右拉动的抵抗性低，同时钢筋配率也少，其需要的混凝土相对大。在遇到巨大外界作用力时，其整理固态结构会产生反震作用力，引起危险系数的攀升，相对的维护成本就需要提高。其次，自身的重量系数大和钢筋配率低的客观结构属性会在工程质量监控中，相对要求就会提高，出现施工监管工作不到位就会发生重要的隐患问题，对整体高层建筑都是一个直接的威胁。

2高层建筑中剪力墙结构设计的要点

2.1剪力墙结构的布置

剪力墙结构在高层建筑的结构设计中应用广泛，在剪力墙的结构中，主要运用钢筋混凝土剪力墙来承担剪力墙自身具备的竖向荷载力、水平地震作用力和风荷载力。因此，在进行剪力墙的布置时，应找出结构自身的轴线，满足建筑物自身的需求，进行规则性的对称布置。且为防止扭转效应的出现，在布置时，要考虑结构的对称性，使其刚度中心和建筑物中心尽量接近。

在进行短肢剪力墙结构的选择时应慎重，使用短肢剪力墙结构可以灵活的布置建筑，并能减低建筑结构的自身的重量。但短肢剪力墙本身的抗震性能弱，难以保障建筑的自身安全。在建筑结构中不能出现独立墙肢，否则会使施工的难度变大。在建筑工程的设计中，可采用合理布置剪力墙及合并洞口的方法，消除独立的小墙肢，降低工程的施工难度。在建筑结构设计中，还应保证剪力墙结构的整体的刚度。若建筑结构中的剪力墙结构刚度大，结构自震周期较短，其地震力较大，消耗的施工材料也会增多，经济性不好。且连梁超筋、墙肢及截面会因为地震力过大而达不到抗剪力的标准。因此，为确保剪力墙结构能达到位移限值的要求，应有效控制剪力墙结构的整体刚度。

2.2有效控制剪力墙结构参数

为保证剪力墙结构能科学合理的布置，需要控制结构中的侧向刚度比、位移比、刚重比、周期比及层间位移角等参数。其中，位移比主要用来限制剪力墙结构布置自身的不规则性。防止因出现过大的偏心力而造成结构出现扭转效应。

2.3剪力墙结构的计算、计算及配筋

剪力墙中有水平向和竖向钢筋，在对其进行构造及计算时，应确定其用量，并验算斜截面中的抗剪承载力及正截面中的抗弯承载力。做好墙体与连梁的协调工作，剪力墙自身应具有一定的刚度和强度，连梁具有紧密连接墙肢、提高剪力墙刚度的作用。在进行高层建筑结构整体的计算时，应折减连梁的刚度。且其折减值范围应在0.5～1.0。若折减刚度后，建筑结构的斜截面受剪承载力及正截面受弯承载力不足，可通过减小整体刚度、降低连梁高度的方式来减少地震造成的影响。

剪力墙的水平分布筋为横向抗剪，能抵抗温度应力避免混凝土出现裂缝，且能防止墙体出现斜裂缝后发生脆性剪切破坏。当建筑物较长较高时，应适当增加连梁部位或者刚度、温度变化等较为敏感的部位的配筋。边缘结构不是剪力墙墙身的支座，是剪力墙的一部分。且边缘结构与剪力墙墙身的连接不是不同构件连接，不能使用梁与柱连接的方式连接。剪力墙水平分布筋能够抵抗水平地震作用造成的剪力。

3工程实例分析

3.1工程概况

某工程，总建筑面积为12570m2，采用短肢剪力墙结构，为12层住宅楼，层高3m，顶层为复式住宅，屋顶为四坡屋面。

3.2剪力墙结构设计

因为整个楼层的建筑平面相当复杂，采用在⑭和⑮轴间设置双墙防震缝，在○D和○E轴间设置悬挑构件抗震缝的处理方法，将平面分成相对独立的4个部分，各部分的长宽比L1/B1max＝29/9.4＝3.09＜5，L2/B2max＝117.52/17.02＝1.03＜5。高宽比Hl/B1＝37.44/9.4＝3.98＜6。H2/B2＝41.94/17.02＝2.46＜6，符合规范要求。结构层高1层～12层为3.0m，坡屋面层高0.55～2.47m，坡度为40%。平面的南侧拐角处设有阳光房，平面突出的部分为六边形，突出长度为2.1m，L/Bmax＜0.3，符合规则建筑平面布置要求。

3.3结构设计的主要参数

场地类型为II类建筑场地，剪力墙抗震等级为二级。水平地震作用按x，y两个方向计算。同时考虑扭转耦联，周期折减系数0.85，计算取9个振型，结构阻尼比0.05，竖向力按模拟施工加载方式计算，恒活荷载分开计算。修正后的基本风压为0.35，地面的粗糙度为B类，结构体型的系数为1.4。连梁刚度折减系数为0.7，地震力分项系数为1.3，风荷载分项系数为1.4，恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。本工程基础采用钢筋混凝土墙下条基（有肋梁），剪力墙厚度内外墙均为200mm，连梁截面b×h为200×（370～570）mm，楼板厚度100～130mm，混凝土强度等级为C35C25。地基采用天然地基，以③层黏土层作为持力层，Es＝15MPa，fak＝300kPa。

3.4剪力墙的布置

按照抗震设计要求，结合窗间墙、楼梯间及房间四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”，形、“Z”形或“十”字形墙段，沿结构平面各主轴方向均匀、对称布置，做到刚心和质心重合，减少结构扭转。各墙肢肢长不宜相差太大，截面高厚比可以控制在5～8之间，避免出现高厚比小于3的小墙肢，使各墙肢刚度接近，保证在水平地震力作用下，各墙肢受力均匀，避免个别长墙因内力太大而出现超筋。另外在④～⑥轴，⑩～⑥轴间形成4个较为完整的弱筒，以增强整个结构的抗侧力性。在竖向，要求墙肢上下对齐、连续。在同一轴线上的各墙肢通过连系梁连接，可增加对墙肢的约束，提高结构的抗震性能。为了保证连梁具有较好的刚度和延性，取其跨高比为4≤l/h≤8较为合适。

3.5墙肢截面设计

塔楼周围及肢长/肢宽＜3的小墙肢均按框架柱的抗震要求配置纵筋及箍筋，并降低轴压比提高要求。连梁高度的设计计算从剪力墙洞顶至楼板面或屋面，窗间墙和窗台以下墙体采用轻质材料砌筑。连梁正截面的配筋应按矩形截面构件计算，取上、下配筋的两者之中较大值，配置于梁截面上、下部位，还要考虑到施工的因素，一般每排布置2根纵筋为宜，也可按照墙厚适当增加。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿梁全长加密的布置，对于有些连梁因为跨高比较大和刚度大，可能就还产生超筋，地震作用下允许其局部出现裂缝，可将连梁刚度折减。为确保结构平面刚度，楼层最小板厚为100mm，在南侧阳光房塔楼处适当增加厚度。

4结语

随着社会的发展和人们生活水平的提高，城市的高楼化趋势不可动摇，高层建筑将会快速发展，所以剪力墙结构会得到更多的运用。剪力墙的抗震性好，造价相对低廉这就给剪力墙结构的发展提供了更好的准备。设计人员在对剪力墙的设计的时候要从各方面对其进行优化设计，提高其方案水平，在满足各方面的要求的时候使建筑物更加安全可靠。

参考文献：

[1]苏绍坚.住宅楼剪力墙结构设计分析[J].核工程研究与设计,2014,01.

[2]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技,2015.06.