结合工程实例谈剪力墙的布置方案与确定

卢家海

(太原理工大学建筑设计研究院，山西太原　030024)



结合工程实例谈剪力墙的布置方案与确定

卢家海

(太原理工大学建筑设计研究院，山西太原030024)

摘要:简述了建筑物中合理布置剪力墙的重要性，采用简化计算的方法，引入结构最佳刚度特征值，确定了结构的横向最佳抗弯刚度，并结合实例，对剪力墙的布置方案进行了分析验证，从而保证建筑的整体稳定性。

关键词:剪力墙，抗弯刚度，刚度特征值，荷载

高层剪力墙结构中，剪力墙抗侧力结构构件的布置对于整个结构的抗侧刚度和扭转控制起着至关重要的作用。因此，设计中，在满足抗侧刚度的前提下，应合理控制结构的扭转效应。在规范中明确规定了剪力墙的基本布置原则，对于熟悉剪力墙的布置，合理的布置剪力墙起着指导性的作用。但依据规范中的规定，在实际工程当中，建筑平面很难达到一定的标准，同时结构造价成本的问题凸显，剪力墙布置过多，结构刚度过大，造成不必要的浪费，剪力墙布置过少，结构不安全，影响结构的整体安全。应当在规范的基础上，合理的根据实际情况，对框架剪力墙结构中的剪力墙进行布置。

1　确定剪力墙合理布置的简化计算

在实际工程中，剪力墙结构中的剪力墙起着至关重要的作用，能够承受来自于水平方向的大部分剪力的作用，合理的布置剪力墙，影响着整个结构的受力特征，对于结构的抗震稳定性方面都起着至关重要的作用。应当合理的对剪力墙进行布置，剪力墙布置过少，结构的刚度不够，使得框架承受更多的水平方向的内力，使建筑物的侧向位移增大，从而影响整个建筑的整体稳定性;剪力墙布置过多，使得结构的刚度过大，从而加剧了结构的地震效应，从经济因素上考虑也不合理。应当通过合理的方法对剪力墙的布置数目进行合理的控制，从而更好地布置剪力墙结构中的剪力墙。

通常在计算有一定抗震设防能力的高层建筑的设计过程中，采用简化手算的计算方法，对剪力墙的布置部位与尺寸进行初步的确定，并结合电算法进一步验证剪力墙布置的合理性，将数据有效地应用于初步设计以及后期的施工过程中。通常在简化计算剪力墙布置数目时，根据高层建筑基本规范及工程实际经验，假定剪力墙结构中框架与剪力墙为铰接连接，结构的质量和刚度沿建筑物层高分布均匀，未有明显的变化。考虑非承重砌体墙影响的结构的基本周期的折减系数，且满足弹性阶段层间位移比限制的要求，框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的50%。

由于在剪力墙结构中，剪力墙对于结构横向刚度的影响更大，在简化计算的过程中，引入结构最佳刚度特征值λ，以确定结构的横向最佳抗弯刚度。为了确定最佳刚度特征值λ，通过计算公式求出影响最佳刚度特征值的影响系数β:

其中，GE为重力荷载代表值;H为建筑物总高度;Cf为框架平均侧移总刚度;ψ为刚度特征值折减系数。根据地震设防烈度与设计地震分组等因素确定(见表1)。

表1　刚度特征值折减系数

通过表2的结构最佳刚度特征值(通过验证)与最佳刚度特征值的影响系数之间的对应关系，确定出结构最佳刚度特征值，通过简化计算公式得出结构的横向最佳抗弯刚度。

表2　最佳刚度特征值与其影响系数

通过简化计算的方法求得的横向最佳抗弯刚度EIw，对比工程设计中布置的剪力墙的抗弯刚度。如果两者的数值较为接近，则基本满足结构侧向位移限值的基本要求，同时不致产生过大的地震效应，可进一步对整个结构进行位移验算与内力分析，若两者的数值相差过大，剪力墙实际抗弯刚度过大或过小，说明剪力墙的布置不合理，不能满足建筑结构的基本要求，应对剪力墙的布置进行合理有效的调整。

2　结构初始方案与设计参数

该工程为一栋高层住宅楼，地下2层，地上20层，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0．15g，设计地震分组第一组，场地类别Ⅱ类。抗震设防类别:丙类，抗震等级:剪力墙三级，地面粗糙程度为B类。高层建筑按高度分级:A级。基本风压: 0．45 kN/m2，基本雪压:0．30 kN/m2。

建筑物总高63．3 m，长宽比1．66，高宽比3．30，地下2层3．9 m，地下1层3．1 m，标准层均为3．15 m。建筑物采用全现浇结构，混凝土强度等级分别为:基础C30，梁板标高±0．00以下均为C30，±0．00以上均为C25，剪力墙标高15．620以下均为C30，15．620以上均为C25，钢筋均采用普通热轧钢筋，HPB235及HRB335钢筋。

混凝土容重取25 kN/m2，钢材容重取78 kN/m3，房间荷载取值见表3，计算振型取15个，特征周期0．35 s，周期折减系数取1．0，考虑双向地震作用。

表3　设计采用的主要活荷载标准值　kN/m2

建筑物的结构高度为63 m，设有电梯。

3　剪力墙布置方案分析与确定

在进行剪力墙的设计过程中，严格按照“均匀、对称、周边、分散”的原则，设计过程中应将剪力墙的结构设计为具有双向抗侧力的结构形式。根据国家标准的要求，结构的主轴方向应该合理的布置剪力墙，根据抗震要求和楼盖形式确定横向剪力墙的间距，同时要求不能在房屋尽头集中布置纵向剪力墙。为了满足结构刚度均匀变化，通常沿建筑物全高布置剪力墙。根据前面剪力墙的简化计算，我们通过对实例中剪力墙的布置方案进行验证，最终结构见图1。

图1　剪力墙布置方案

4　结语

剪力墙的合理布置，将影响建筑物整个结构的受力特性，对于结构的抗震稳定性方面都起着至关重要的作用。应当合理的对剪力墙进行布置，剪力墙布置过少，结构的刚度不够，使得框架承受更多的水平方向的内力，使建筑物的侧向位移增大，从而影响整个建筑的整体稳定性;剪力墙布置过多，使得结构的刚度过大，从而加剧了结构的地震效应，从经济因素上考虑也不合理。应当通过合理的方法对剪力墙的布置数目进行合理的控制，从而更好地布置建筑物中的剪力墙。

参考文献:

［1］吕西林．高层建筑结构［M］．武汉:武汉理工大学出版社，2003:77-110．

［2］JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构规程［S］．

［3］穆翠玲，王文俊．框剪结构抗震剪力墙数量的优化准则证明［J］．世界地震工程，2003，19(1):154-157．

［4］沈蒲生，孟焕陵．基于优化原理框—剪结构中剪力墙合理数量［J］．湖南大学学报(自然科学版)，2006，33(5):1-5．

［5］孟焕陵．高层建筑结构的体系判别合理刚度及扭转计算研究［D］．长沙:湖南大学博士学位论文，2006．

Discussion on the arrangement scheme and
determination of shear wall combining with the engineering example

Lu Jiahai
(The Institute of Architectural Design and Research of Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)

Abstract:This paper briefly described the importance of reasonable arrangement of shear wall in the building，using the method of simplified calculation，introduced the structure best stiffness characteristic value，determined the structure lateral best bending stiffness，and combining with the examples，analyzed and verified the arrangement scheme of shear wall，so as to ensure the overall stability of building．

Key words:shear wall，bending stiffness，stiffness characteristic value，load

作者简介:卢家海(1978-)，男，工程师

收稿日期:2015-10-26

文章编号:1009-6825(2016)01-0051-02

中图分类号:TU973．16

文献标识码:A