对高层建筑剪力墙结构设计探讨

曹进 李海振

摘要：现在高层建筑巳成为城市建筑、地域生活的主流。剪力墙是钢筋混凝土高层结构中不可缺少的构件，文章从剪力墙结构设计的基本概念和分类说起，对高层建筑剪力墙结构设计进行探讨。

关键词：剪力墙分类 结构设计

Abstract: The high-rise buildings have become an urban architecture, geographic mainstream of life. The wall is an indispensable component in high-level structure of reinforced concrete, talking about the basic concepts and classification of articles from the shear wall structure, shear wall structural design of high-rise buildings to explore.

Key Words: shear wall, category, structural design

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

1剪力墙的概念

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，是用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构。高层结构的建筑大量使用这种结构。剪力墙截面有以下特点：墙肢长度和其厚度比要远远大于；承载力和平面外刚度都比较小；自身平面的承载力和刚度都比较大。在剪力墙结构设计中，墙即要承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩，还要承受竖向压力。墙体在弯矩、剪力和轴力的共同作用下，它受到的水平作用的时候就像悬臂深梁嵌固在基础的底部。剪力墙在风荷载或者地震的作用下，一方面要满足其刚度要求，另一方面还要满足非弹性变形重复作用而出现的能量消耗、延性等要求，同时还要控制结构即使开裂也不会倒塌。

2 剪力墙的分类

2剪力墙的分类

剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同。影响其受力特点、内力分布和变形状态。按其开洞的情况，可分为整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。

2．1整截面墙：剪力墙不开洞或洞n面积小于总面积的16％．且洞口长边尺寸均小于洞口净距及涧f1至墙边的净距。受力性能类似整体的悬臂构件，墙肢法向应力争线性分布。破坏形态似偏心受压柱，设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。

2．2整体小开洞墙：当剪力墙洞口上下对齐，成列布簧。洞口稍大，形成明确的墙肢和连梁。墙肢和连梁刚度较均匀。受力性能也可按整体悬臂构件考虑．并应考虑聩肢的局部弯矩。水平荷载引起的整体弯矩的85％以上由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡，局部弯矩不超过整体弯矩的15％。

2．3联肢墙：当剪力墙的洞口沿竖向成列布置，洞口面积超过墙体总面积的16％，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。

3剪力墙设计

对剪力墙的设计要做到安全、经济合理，所以在设计的过程中除了对位移限制值的要求外，还要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用。在剪力墙数量的设计的时候，位移限制值要满足规范的规定，应尽量减少剪力墙数量，但应满足在基本振犁地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的一半。

3.1楼层最小剪力系数的调整原则

在设计时候要尽量减少剪力墻的布置，最好设计为大开间剪力墙布置方案，来达到比较理想的侧向刚度结构，楼层的最小剪力系数接近规范的极限值，但是这要满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40％。这样在减轻结构自重的时候降低地震作用带来的危害而且造价方面可以减少。

3.2楼层层间最大位移与层高之比的调整原则

规范规定最大的弹性层间位移在多遇地震作用标准值产生的楼层计算的时候，可以不除去结构整体弯曲变形，应计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。由此可以看出，楼层间的扭转和剪切变形对于一般的高层建筑是重点考虑的方面。竖向构件的多少决定着剪切变形的控制，但是即使构件的数量足够多但是布置不合理，扭转变形就会过大，仍然达不到层间位移的要求。所以，高层建筑能仅仅根据层问位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度，而应尽可能使扭转变形最小。

3．3结构扭转为主的第一自振周期Tl与平动为主的第一自振周期T1之比(周期比)的调整原则

第一自振周期T。之比(周期比)的调整原则《高规》第4．3．5条规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为卡的第一自振周期T．之比，小高层建筑不应大于0．90．限定周期比是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应。

在实际丁程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样既叮以提高结构的侧向刚度，同时又能较大幅度的提高结构的整体刚度。

3．4剪力墙连梁超限的调整原则

剪力墙的连续梁的跨高比小于2.5可能会出现弯矩和剪力超过规范的极限规定，所以其跨高比一般不小于2.5。规范规定连续梁不应拆减在跨高比不超过5的时候。在跨高比在5到6的时候，连续梁刚度也必须拆减，否则可能导致弯矩和剪力超过极限值。这点如果能在具体工程设计的时候能有效利用，工程造价会降低很多。

4剪力墙结构的墙体配筋

剪力墙面积比较大，所以其配筋影响这结构的安全哦工程造价。对于剪力墙的配筋一般是竖向钢筋放在内，外部钢筋放在外，只要能满足计算哦规范的要求就行。对于地下部分的剪力墙的配筋基本上要承受土压、水压等产生的侧向压力的作用，对于其配筋要通过计算来确定。在这种情况下，将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧来增大计算墙体有效高度。对于地下部分剪力墙钢筋的保护就依据《地下工程防水技术规范》中对这方面的规定即可。

5剪力墙设计

剪力墙受竖向荷载的作用比较大，其竖向荷载一般是结构的自重和楼面的荷载作用产生的。竖向荷载在墙肢内产生轴力，在连续梁内产生弯矩，这时候可以按其受力面积进行计算即可。如果在水平荷载的作用下，剪力墙的受力情况可以按二维平面来分析，在对其精确的计算的时候就按平面问题计算。其计算的工作量很大。但是在工程设计的时候，对于不同类型的剪力墙受力特点可以对其进行简化计算。在水平力作用下，整体墙的截面弯矩和剪力可以按照悬臂构件来计算。小开口整体墙虽然因为洞口影响而出现墙肢间应力不再按直线分布，但是产生的影响也不是很大，所以仍然可以按整体墙计算基础上对其进行修改即可。壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可采用连续化方法近似计算。

对于框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙相对有点复杂，设计人员可以用计算机进行计算。剪力墙结构与框架结构在水平荷载的作用下的变形规律是不同的，剪力墙的侧移曲线是弯曲型的而框架结构的侧移曲线是剪切型的，剪力墙的侧移曲线凸向原始位置而框架结构则是凹向原始位置。在框剪结构中，在相同的高度时候其侧移也基本上相同。这就使框剪结构的侧移曲线不是弯曲和剪切型，而是弯剪混合型。框剪结构的顶部侧移比纯剪力墙结构小些，比纯框架结构大些。而在其底部侧移则是比纯剪力墙结构的大些，比纯框架要小些。框架和剪力墙不但一起承担外部荷载，而且保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间协同工作，共同达到承受各方面荷载的作用。

结束语：

社会的发展带动着各方面的进步和发展，人们生活水平的提高对居住条件要求也越来越高，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。设计师在对剪力墙的设计过程中可以在满足其他要求的时候使建筑物更加安全。

参考文献：

[1]李盛勇 张元坤 剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J] 建统结构2003(08)

[2]孙雪兰高层剪力墙结构的优化设计[J] 山西建筑 2010 （24）

[3]辛雯剪力墙结构设计中若干问题探讨[J] 城市建设与理论研究 2011（21）

[4]付任刚 浅谈剪力墙结构设计的几点心得[J] 价值工程 2010（29）