解析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

林细端

【摘要】当前剪力墙结构已经被广泛应用于建筑结构中，对于剪力墙结构进行深入细致的研究已经成为重要任务。本文以某高层建筑为例，对该项目的框架-剪力墙结构布置和计算结果进行分析，并通过合理的结构设计，提高建筑抗震性能。

【关键词】结构布置；框架与剪力墙；设计

引言

在房屋结构设计中，剪力墙结构设计是一种新型的施工技术，在房屋建筑工程中表现出了非常好的使用效果，也因此受到了更多的重视。剪力墙结构是房屋建筑发展的重要阶段，在施工过程中有着刚性强、耗材少等特点，并且施工的技术要求相对较低。对于提高建筑物的稳定性和经济性都有着非常好的效果，所以这种结构设计技术在建筑工程中备受人们青睐。

1 实例分析分析

对于剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用，本文以某建筑楼为例来进行说明，两层地下室，地面建筑34 层。建筑面积约3万m2，建筑总高度98.90m。本工程风荷载取值：

基本风压50 年一遇：0.30kN/m2，建筑高度大于60m 时，承载力设计时风荷载计算按基本风压的1.1 倍采用，地面粗糙度B 类，风荷载体型系数1.4。

2 工程地质概况

该地质成因较复杂。第四系湖沼积层、冲洪积层、坡积层、残积层以及基岩均有分布。人工土以下为冲洪积“硬壳层”，以下为湖沼积淤泥质土、黏性土、有机质土及泥炭质土，之下为坡积黏性土和残积层，本场地基岩埋藏不太深，属寒武系下统筇竹寺组灰岩。本工程基础选用静压式（PHC）预应力混凝土管桩，桩身混凝土强度等级C80，管桩基础安全等级：甲级。基础顶面同底板顶面。电算模型应带地下室，且至少往外扩出两跨，以基础承台面为嵌固端，N base=1，进行整体计算分析。土的水平抗力系数的比例系数：M1=300（应使地下室层间位移达到1//9999）。桩端持力层采用：⑦含粉质黏土角砾，桩端进入持力层深度≥ 1m ；⑧强风化粉砂岩，桩端进入持力层深度≥ 1m ；⑨中风化粉砂岩，桩端进入持力层深度≥ 0.5m。

3 建筑结构布置

（1） 框架部分布置

框架设计成双向梁柱刚架体系，一向与核心筒连接，另一向由4 根柱和两个角部剪力墙连接，形成框架一筒体结构体系，使框架和剪力墙共同承担纵横两个方向的地震作用和风荷载作用。框架梁柱轴线重合使梁柱处于最佳协调工作状态，避免了梁柱偏心造成节点核心区构造和受力的不利影响。由于现有施工工艺的限制，混凝土标号不够高，本工程只用到C40。这在高层结构设计中经常造成大量出现短柱，

本工程1～6 層没有出现短柱。这是本工程的一大优点。柱沿高度方向变截面，但上下层柱的轴线没有改变。既做到柱沿高度变化均匀，又做到上、下承接流畅，没有偏心。以上是框架结构布置概念的核心部分。经过与建筑、设备等专业的协作配合，使得该大厦框架部分的效率得以充分发挥，没有由于布置上的不整齐、不规则而产生次应力。

（2 ）剪力墙部分布置

将剪力墙集中布置，形成一核心筒，是充分发挥剪力墙效率的最佳方法。核心筒的刚度不是核心筒内：①单肢墙；②联肢墙；③整体小开口墙的刚度的简单相加。它具有很大的抗侧力刚度。其刚度取决于墙体的分布、连梁的形式、洞口的大小、楼层上板的连接等诸多因素。因此要准确计算出核心筒的刚度，则需要借助于计算机。核心筒的布置平面分布宜均匀，两方向墙的刚度接近，连梁适中。单肢墙长度小于8m。纵横两方向比例合理，使两个方向变形接近。剪力墙的轴线和框架的轴线一致。剪力墙沿高度方向变截面，使刚度均匀变化。上、下层的剪力墙轴线重合，使应力传递合理。各片剪力墙轴压比控制得比较均匀，借助于计算机，计算各墙段轴力，对各墙段墙厚、长度做出合理的布置。由于剪力墙受力机理十分复杂，其变形与传力的方式受到多方面的影响，如连梁、洞口、楼板等，要使其布置合理化，必须经多次计算，多次调整方能充分发挥剪力墙的效率。本工程经过多次调整. 使平面及竖向布置较为理想。主要技术指标如下：

①总重量W=434168kN ；②标准层形心坐标为X=16，65Y=16.65 ；③荷载形心坐标为X=17.L，Y=16.60两形心距为e=0.45，e/1=0.45/28.2=1.6%荷载中心与平面中心基本重合，平面形状规则，构件布置匀称。

4 框架与剪力墙的关系

框架- 筒体结构体系中，应有足够数量的剪力墙。它承受的结构底部由地展作用生产的弯矩大于结构底部由地震作用产生的总弯矩的50%。当剪力墙的刚度太大，会使结构刚度过大，从而加大地震效应，增大结构内力。同时使框架也不能充分发挥作用，降低了结构体系的效率。因此必须使结构刚度特征值2.4 > λ ≥ 1.15。该大厦计算成果显示框架承受12% 水平力，剪力墙承受88% 水平力。经调整，框架承受20% 水平力，其余水平力由剪力墙承担。结构刚度特征值λ=1.8。框架- 筒体结构计算所得的框架各层总剪力按下列方法调整：① Vf>0.2V。Vf 按计算值采用。② Vf<0.2V。的楼层，设计时Vf 取Vmax 和0.2V。的较小值。③屋面突出部分框架的总剪力取本层框架部分计算的1.5 倍。

5 结构计算结果说明

计算得到的前6 阶模态振型的振动周期结果列于表1。两个程序计算得到的第一周期、第二周期T1、T2 分别为Y、X 方向的平动周期，第三周期T3 为扭转第一周期，T3/T1小于规范的限值0.90，表明该结构具有良好的抗扭能力，符合抗震概念设计的要求。振型曲线符合正常规律。从表1 可见，扭转周期比满足要求，有效质量系数满足要求。计算得到的结构最大响应位移结果列于表2，层间位移角以及位移比均满足要求，地震作用下的剪重比在正常范围内。

6 结构抗震性能综合评价

本工程属超限高层，本工程在结构设计中采取了较为合理的结构布置和有效的构造措施，从而减小了扭转不规则带来的不利影响，使得结构仍具有良好的抗震性能，计算结果满足现行规范和规程的要求。在考虑基于结构性能的抗震设计中，针对不同水准的地震作用，采用不同的性能目标。拟实现：①小型地震，结构满足弹性设计要求，全部构件的抗震承载力和结构层间位移均需满足现行规范要求，结构构件处于弹性工作状态。②中型地震，结构的薄弱部位和重要部位构件（剪力墙底部加强区）处于弹性工作状态，进行结构非线性分析时，允许有些选定的部位接近屈服阶段，但不允许发生剪切等脆性破坏，各构件细部构造满足中等延性要求。③大型地震，结构重要部位的构件（剪力墙底部加强区）不屈服，对结构进行非线性分析，允许有些选定部位的构件达到屈服阶段，但应满足变形限制要求（楼层的最大层间位移角小于1/200），不发生剪切等脆性破坏，各构件的细部构造满足高延性要求。

从计算分析结果上看，本工程在8 度地震作用下，各结构反应指标均可满足规范要求。

建筑结构设计是建筑设计的重要环节，剪力墙结构设计是建筑结构设计的重中之重。在剪力墙在建筑设计中的应用越来越广泛的背景下，加强建筑剪力墙结构设计的研究具有十分重要地意义。

参考文献

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