高层建筑剪力墙结构的抗震设计研究

姚志刚

浙江施朗龙山工程设计有限公司上海分公司 上海 200000

引言

当前高层建筑越来越普遍，有效解决了城市建筑用地面积不足问题，在施工建设中应该予以高度关注。对于高层建筑的设计而言，其必然也面临着较高的难度，尤其是因为整体高度较为突出，容易导致一些不稳定现象出现，应该切实围绕着整个高层建筑结构进行全面优化，以求体现更强安全性能。基于此，针对高层建筑的抗震性能进行优化设计也就显得极为必要，剪力墙结构体系作为当前高层建筑中比较常用的基本类型，如何优化抗震设计成为极具研究价值的核心问题。

一、项目概况

吉林欧亚城市商业综合体B1住宅楼由吉林欧亚置业有限公司建设，该项目位于吉林省吉林市南部新城，总建筑面积20438.96平方米，其中地上19545.65平方米，地下893.31平方米。项目地上33层，地下1层，室内外高差450mm，主要建筑物高度98.450m。吉林欧亚城市商业综合体B1住宅楼为典型的高层建筑，选用剪力墙结构体系，根据相关规范要求以及项目所处区域实际状况，项目抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.10g，场地土类别为二类，特征周期值为0.35s。项目剪力墙抗震等级二级，抗震构造措施为二级。

二、高层建筑剪力墙结构抗震设计要求

（一）关注楼层最小剪力系数

在高层建筑剪力墙结构抗震设计中，剪力墙的布置尤为关键，一般为了更好维系高层建筑结构的稳定性，需要尽量减少超长剪力墙，避免应力集中，并且在剪力墙设置中应该尽量使剪力墙布置均匀，如此可以较好的提升其侧向刚度。在高层建筑剪力系数调整时，应该尽量促使最小剪力系数符合相关规范要求。基于这种最小剪力系数调整方面的要求，不仅仅可以有效降低整个高层建筑剪力墙结构的自重，往往还能够有效控制造价，优化整体剪力墙结构体系。

（二）关注楼层间最大位移和层高比值

高层建筑剪力墙结构抗震设计还需要考虑到楼层间最大位移和层高的比值，这也是决定高层建筑结构稳定性的重要因素。在高层建筑遭遇地震危害时，楼层间扭转和剪切变形不容忽视，也是需要在抗震设计中优先考虑的重要因素。为了较好实现扭转变形和剪切变形的控制，竖向构件的合理设置极为关键，但是应该避免随意增加竖向构件，同时还需要促使其具备较强的合理性，保障布局较为科学，层高的设置也需要严格控制，进而也就可以在降低层间变形程度的基础上优化整体抗震性能。

（三）关注连梁超限

高层建筑剪力墙结构抗震设计往往还需要考虑到连梁的应用状况，对于连续梁跨高比进行严格控制，如果连续梁跨高比不大于2.5，则很可能导致剪力墙结构体系不够稳定，超出极限要求，需要在连梁设置中确保其大于2.5。对于连续梁进行设计还需要充分考虑到弯矩以及剪力作用状况，对于可能出现超限问题进行详细分析，按照相关规范要求进行有效折减，但是在折减时需要重点关注连续梁的跨高比，避免存在不当构件。比如当连续梁跨高比处于5-6之间时，连续梁刚度往往需要进行折减处理，以确保弯矩和剪力值符合要求。

三、高层建筑剪力墙结构抗震设计要点

（一）明确抗震规范

在高层建筑剪力墙结构抗震设计中，为了更好提升整体抗震性能，首先需要关注各个规范和标准的要求，严格按照相关极限范围以及具体参数要求进行处理，避免在抗震设计中出现严重超限问题，对于整体抗震性能要求也需要提前明确。比如在吉林欧亚城市商业综合体B1住宅楼剪力墙结构设计中，就首先根据相关规范以及当地条件，规定抗震设防烈度为7度，剪力墙抗震等级二级，抗震构造措施为二级，为后续具体抗震设计工作定好基调。在具体抗震设计工作开展中，往往还需要充分遵循《建筑抗震设计规范GB50011-2010》以及《高层建筑混凝土结构技术规程》等要求，确保剪力墙结构设计方案的各项数值较为合理可行。

（二）强剪弱弯

对于高层建筑剪力墙结构抗震设计工作而言，为了更好提升整体稳定性，注重构造强剪弱弯的剪力墙构件同样也至关重要，有助于降低剪力墙结构出现脆性剪切破坏几率。基于此，在高层建筑剪力墙结构设计中需要适当增大底部加强部分剪力设计值，促使其能够具备更强抗剪能力，体现出较为理想的整体抗震性能。在具体剪力墙底部加强部位剪力设计值增大处理时，往往需要严格按照《建筑抗震设计规范GB50011-2010》来执行。这种强剪弱弯方式的有效设置往往还需要充分考虑到抗剪配筋设计，促使整体结构受力性能得到更好优化，对于配筋状况予以切实优化调整。

（三）底部塑性铰区设计

从高层建筑剪力墙结构遭遇地震作用时的破坏机制进行分析，往往塑性铰区是需要高度关注的部位，该部位很容易在反复荷载作用下出现损坏现象，尤其是对于最为常见的剪切破坏，更是需要予以积极规避，在设计方案中进行优化防控。因为塑性铰区一般处于剪力墙底部弯矩较大区域，相应剪力较大，如果相关设计方式不合理，就容易被剪力影响，如此也就需要采取必要措施予以加强处理，促使其具备更强承受能力。一般而言，剪力墙结构底部塑性铰区的优化设计往往需要注重提升其弹塑性变形能力，以此为着眼点来进行各个参数优化。在具体参数设置中同样也需要遵循《建筑抗震设计规范GB50011-2010》的具体要求，保障加强处理较为适宜合理，能够符合整体高层建筑剪力墙结构加强优化需求，在条件允许的前提下，应该适当促使相关参数能够更好保障其弹塑性变形能力，具备更强剪力应对效果。

（四）轴压比设计

高层建筑剪力墙结构抗震设计还需要考虑到轴压比，以此促使剪力墙结构体系能够具备更强延性。在剪力墙结构的应用中，如果受压区高度过大，则很容易导致剪力墙结构体系出现不稳定问题，基于该方面问题，可以从剪力墙截面入手进行优化设置。但是因为剪力墙结构截面相对较为复杂，对于受压区高度的有效控制带来了较大难度，如此也就需要采取必要措施来限制轴压比，确保轴压比能够较好符合结构体系稳定性要求。在相关轴压比的计算分析中，设计人员可以借助于《建筑抗震设计规范GB50011-2010》中有关于剪力墙截面平均轴压比简化计算方法，确定最大轴力设计值，同时兼顾高层建筑剪力墙结构的抗震等级要求，最终优化整体剪力墙结构受压区高度，降低地震危害程度。

（五）边缘构件设计

高层建筑剪力墙结构抗震设计中还需要充分借助于边缘构件进行优化，灵活运用构造边缘构件以及约束边缘构件，促使剪力墙结构体系更为稳定可靠。一般而言，构造边缘构件相对于约束边缘构件不具备较强的混凝土约束力，箍筋的设置相对比较少，应该结合不同剪力墙构件受力特点进行灵活布置。比如在剪力墙构件应用中受压区高度较大，或者是轴压比相对不符合规定，则需要有效借助于约束边缘构件进行恰当布置，促使相应剪力墙结构能够具备相匹配的抗震性能。在具体边缘构件应用尺寸以及具体参数设置上，应该严格按照《建筑抗震设计规范GB50011-2010》6.4.5条的要求执行，最大程度上提升约束边缘构件的作用价值，促使剪力墙结构的延性可以得到优化。

（六）墙肢截面尺寸设计

高层建筑剪力墙结构抗震设计应该合理设计墙肢截面尺寸，对于墙肢截面厚度以及高度等参数进行优化处理，确保其能够更好提升剪力墙结构整体稳定性，降低后续长期应用下出现裂缝的可能性。在剪力墙墙肢截面尺寸设计中，需要首先考虑到最小厚度要求，在满足剪力墙结构应用需求的基础上，促使其能够较好实现承载力适应，对于可能出现的剪力墙失稳问题予以及时处理。在剪力墙墙肢截面尺寸的设计中，还需要充分考虑到楼层高度，根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》6.4.1以及6.1.9的具体规定进行准确处理。

四、结束语

综上所述，在高层建筑剪力墙结构设计中，抗震设计作为比较关键的一项基本要求，需要首先明确具体设计原则，把握好相关标准和规范的具体规定，然后再重点围绕着剪力墙结构自身尺寸以及相关构件进行综合设计，力求最终更好提升剪力墙结构的整体稳定性，促使其具备更强抗震性能。