高层建筑剪力墙结构设计探讨

胡 燕

(山西省阳泉市康德建筑工程设计有限责任公司，山西 阳泉 045000)

高层建筑剪力墙结构设计探讨

胡 燕

(山西省阳泉市康德建筑工程设计有限责任公司，山西 阳泉 045000)

结合高层建筑剪力墙结构设计的一般规定，分析了剪力墙结构设计的重点问题，并以某工程为例，从结构计算、获取信息、绘制施工图等方面，阐述了高层建筑剪力墙结构的设计方法，以确保结构的安全性。

高层建筑，剪力墙，结构设计，施工图

随着人们对高层住宅的要求越来越高，框架结构、框剪结构已经不能满足人们在平面与空间上的使用要求，而纯剪力墙结构既可以保证结构安全可靠，又可以使室内空间墙面平整，所以高层建筑中越来越多的采用纯剪力墙结构。剪力墙结构平面布置灵活，抗震性能好，国内外震害表明，在遭遇强烈地震时，由于其整体刚度大，侧向变形小，极少造成倒塌。

1 剪力墙结构设计的一般规定

1.1 剪力墙的平面布置

剪力墙平面布置的时候，宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。除平面均匀外，剪力墙的竖向布置也应该规则、均匀，侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。厚度也应沿高度均匀变化，厚度取值根据层高确定，应尽量在结构底部设置较厚剪力墙。剪力墙不宜过长，墙段长度不宜大于8 m。抗震设计时，应避免单向布置剪力墙，宜使各主轴方向侧移刚度相近，且剪力墙间距及长度也应尽量均匀。结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。表现在设计结果中，即结构在两个主轴方向的动力特征(周期和振型)宜相近。

1.2 剪力墙的洞口设置

剪力墙的洞口设置宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。抗震设计时，底部加强区不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，全高均不宜采用洞口局部重叠室外叠合错洞墙。其中跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。

1.3 剪力墙的构造措施

抗震构造措施是施工图阶段必须满足的部分，应充分重视。剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件，一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于高规表7.2.13规定的限值时，应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件，且约束边缘构件应伸至计算嵌固端，除此之外，剪力墙应按规范设置构造边缘构件。

2 剪力墙结构设计的重点问题

高层建筑剪力墙结构设计中需要控制的目标参数主要有如下七个：轴压比、刚度比、剪重比、位移比、周期比、刚重比以及层间受剪承载力之比。结构的延性主要体现在对轴压比的要求上。

楼层最小剪重比在某种程度上反映了结构的刚柔程度，应控制在一个比较合理的范围内，以保证结构整体刚度的适中。刚度比主要控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。位移比是控制结构扭转效应的重要指标，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。周期比为控制结构扭转效应的另一个重要指标，依照经验，如果周期比满足要求时，位移比也会有很好的改善，但改善与满足要求还是有区别的，有时候周期比已经控制的很好了，但有些个别部位的位移比还是不能够满足要求，仍需要我们去个别调整。刚重比主要控制结构的稳定性，避免结构在风载或者地震力的作用下整体失稳。层间受剪承载力主要为控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层。

上述这些目标参数，在设计计算时，尽可能控制在规范要求的范围内，如果有不满足的可用程序或人工调整。

3 剪力墙结构设计案例分析

某建筑工程为高层住宅，平面布置呈细腰，两个单元左右对称布置，户型大小各异，每层中有A，B，C，D四种不同面积的结构户型。

3.1 建筑结构总信息

1)结构信息。该工程位于山西阳泉，是高层住宅。结构类型为纯剪力墙结构，结构重要性系数为1.0。工程地上主体住宅部分21层，地下室4层，其中最底下2层为人防层，人防等级为甲类核6级常6级二等人员掩蔽工程，无裙房和转换层，地上主体高度为64.85 m。取地上2层作为剪力墙底部加强区，约束边缘构件范围自地下1层起到地上3层止，嵌固端在-1层顶。其中混凝土容重为27 kN/m3，钢材容重为78 kN/m3，钢筋全部选用HRB400。竖向荷载计算采用施工模拟三。计算水平地震作用。

2)风荷载和地震信息。该工程场地类别为Ⅱ类，地面粗糙度为B类，修正后的基本风压w0=0.40 kN/m2，舒适度验算用基本风压0.30 kN/m2，承载力设计时的风荷载效应放大系数取1.1。该工程地震烈度为7度(0.10g)，设计地震分组为第二组，剪力墙抗震等级为三级。特征周期Tg=0.40 s，结构基本周期Tx=1.60 s，Tx=1.56 s，地震影响系数最大值αmax1=0.08，罕遇地震影响系数最大值αmax1=0.50。周期折减系数为0.90，结构的阻尼比为0.05。

3)计算控制信息。根据规范要求：中梁刚度放大系数取2.0，边梁刚度放大系数取1.5，连梁刚度折减系数取0.7，梁端弯矩调幅系数取0.85，梁设计弯矩增大系数取1.00。整体指标计算采用强刚，其他计算采用非强刚。

4)荷载取值。商店、人流密集时楼梯:3.5 kN/m2;挑出阳台、卫生间/走廊、门厅、楼梯:2.5 kN/m2;办公室、起居、厨房、上人屋面:2.0 kN/m2;电梯机房:7.0 kN/m2;不上人屋面:0.5 kN/m2;施工或检修集中荷载:0.5 kN;楼梯、阳台和上人屋面栏杆顶部水平荷载:0.5 kN/m;地下室外墙地面荷载:10 kN/m;人防荷载根据人防等级按规范进行取值。

5)地下室信息。土的水平抗力系数的比例系数为30 MN/m4,室外地坪标高-0.65 m，地下水位标高-11.00 m。

3.2 结构的设计

将结构模型尽可能准确的输入到计算软件中进行结构设计。因为结构竖向较规则，试算时可只建一个结构标准层，待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等相对满足之后再添加其他标准层。由于建筑平面呈细腰形平面布置，故而在“细腰”位置加强楼板，或者设置连接梁或连接板。其他部位基本对称布置剪力墙，尽量少或不布置短肢剪力墙。洞口设置尽可能满足建筑的使用要求，如有局部洞口连梁出现剪力超限的情况，可采用削弱连梁刚度的办法进行调试。

3.3 结构计算结果分析

本工程计算结果显示，刚度比、剪重比、周期比、刚重比、层间受剪承载力比均满足要求，轴压比、周期比、位移比不满足要求。轴压比为局部不满足，可通过增大该部位剪力墙截面，或提高该层剪力墙的混凝土强度等级加以改善，效果显著。周期比不满足，第三振型扭转，但扭转系数不理想，通过采用“加强外围结构刚度”和“削弱结构内部刚度”的方法进行调整，周期比0.89，满足规范要求。位移比不满足时，可通过程序的节点搜索功能在计算软件的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，增大最大位移处的构件刚度，减小最小位移处的构件刚度，直到位移比小于1.5，控制在规范允许范围内。

3.4 施工图的绘制

当各项指标都调整合适之后，就可以进行施工图的绘制了。使用软件进行施工图绘制时，要对绘图参数进行正确设置，尤其是一些构造方面的要求。软件自动生成的施工图很少能具体采用，还需根据计算结果进行人工试算和调整，注意规范对此的具体构造要求。例如剪力墙墙身选筋参数中的墙身竖向分布筋优选参数，以及约束边缘构件的箍筋样式设置等等。还有一些需要在绘图中人工调整的，例如地下室外墙边缘构件，其箍筋不仅要满足本身要求，还不得小于外墙墙体的水平筋配筋量。

4 结语

剪力墙结构在建筑工程中广泛使用，因此掌握好剪力墙结构的受力特点，把握好结构设计的可行性(是否方便施工)、经济性(经济配筋率、轴压比范围)，在设计过程中要根据每个工程的实际情况进行优化设计，尤其是将文中提到的七个比值控制在规范允许的合理范围内，这样的结构模型就是合理的，这样的结构设计就是可行的、经济的。

[1] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 方 勇.谈SATWE软件计算多高层结构的步骤[J].建筑结构·技术通讯，2010(7)：26-27.

The structure design of high-rise building shear wall

Hu Yan

(ShanxiYangquanKangdeArchitecturalEngineeringDesignLimitedLiabilityCompany,Yangquan045000,China)

Combining with the general requirements of high-rise building shear wall structure design, this paper analyzed the key problems of shear wall structure design, and taking a engineering as an example, from the structure calculation, getting information, construction graph drawing and other aspects, elaborated the design method of high-rise building shear wall structure, to ensure the structure safety.

high-rise building, shear wall, structure design, construction graph

1009-6825(2017)02-0056-02

2016-11-02

胡 燕(1979- )，女，工程师

TU973

A