高层建筑剪力墙结构的特性分析

苗 强

太原市第一建筑工程集团有限公司第四分公司，山西太原 030002

高层建筑剪力墙结构的特性分析

苗 强

太原市第一建筑工程集团有限公司第四分公司，山西太原 030002

随着经济建设的发展和人口的增长，高层建筑不断增多，其新的结构形式也不断涌现，剪力墙结构因其良好的抗震性能仍广泛应用于高层建筑。本文简要介绍了高层建筑结构的分类和特点，并对剪力墙结构的特性和布置要点做了探讨。

高层建筑；剪力墙；特点

0 引言

高层建筑，是指层数较多、高度较高的建筑，但迄今为止，世界各国对多层建筑和高层建筑的划分界限并不统一。我国内地从50年代开始自行设计和建造高层建筑，随着九五计划和2010年远景规划的制订，建筑业成为支柱产业，我国高层建筑的兴建进入了飞速发展时期。

从表面上看，高层结构的主要特点是层数和高度，但实质上，其特点是指水平荷载在设计中所占的主导地位。建筑结构同时承受垂直荷载和水平荷载作用。当建筑结构层数较少或高度较低时，水平荷载产生的内力和位移影响较小甚至可以忽略不计。随着层数或高度的增加，水平荷载的影响逐渐增大。而在高层建筑中，水平荷载将成为控制因素，随着结构层数或高度的增加以及荷载效应的增大，结构的内力和位移迅速增加，轴向力与高度成正比，而弯矩与位移都呈指数曲线上升，尤其是位移增长为高度的4次方。

1 高层建筑结构分类及其特点

框架结构建筑平面布置灵活，分隔方便；整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。但框架结构的缺点是刚度较小。横向荷载作用下的侧向变形大，正是这一点限制了框架结构的建造高度。剪力墙结构整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。随着高层建筑的发展，新的结构体系不断出现，除框架、剪力墙、框架一剪力墙三大结构体系外、还有筒体、框架一筒体、剪力墙一筒体、筒中筒、巨型框架结构体系和悬挂结构体系等。

2 剪力墙的特性及布置方法

2.1 剪力墙特性

剪力墙是一种能较好的抵抗水平荷载的墙。我国《建筑抗震设计规范》)将其称为抗震墙。剪力墙结构室内墙面平整，具有抗侧刚度大，侧移小；结构自重大，吸收地震能量大的特点，但是施工较麻烦，造价较高。剪力墙墙根据是否开洞和开洞大小，可以分为4类。一是实体墙或整截面剪力墙，是不开洞或开洞面积不大干15%的墙。如同一个整体的悬臂墙。在墙肢的整个高度上，弯矩图既不突变，也无反弯点，变形以弯曲型为主；二是整体小开口剪力墙，是开洞面积大于15%但仍较小的墙。弯矩图在连梁处发生突变，但在整个墙肢高度上没有或仅仅在个别楼层中才发生反弯点。整个剪力墙的变形以弯曲型为主；三是双肢或多肢剪力墙，是开洞较大或洞口成列布置的墙。受力特点与整体小开口墙相似；四是壁式框架，其洞口尺寸大，连梁线刚度与墙肢线刚度相近的墙。弯矩图在楼层处发生突变，而且在大多数楼层中都出现反弯点。整个剪力墙的变形以剪切型为主，与框架的受力相似。剪力墙除了可以按墙面是否开洞和开洞大小进行划分外，还可以根据墙肢截长度与宽度之比划分为普通剪力墙、短肢剪力墙、小墙肢短肢剪力墙和异形柱。

2.2 剪力墙布置的注意事项

第一，剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式，以使其具有较好的空间工作性能，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近。剪力墙要均匀布置，数量要适当。剪力墙配置过少时，结构抗侧刚度不够；剪力墙配置过多时，墙体得不到充分利用，抗侧刚度过大，会使地震力加大，自重加大，并非有利；第二，剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，抗震设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不宜采用错洞墙；一、二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙；第三，为了避免剪力墙脆性破坏，较长的剪力墙宜开设洞口(用砌体填充)，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2。墙肢截面高度不宜大于8m。第四，剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变；第五，应控制剪力墙平面外的弯矩，以保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取相关措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。

剪力墙是主要的抗震结构构件，因其剪力墙的水平刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的侧向位移限制。但是，建筑物刚度的大小，历来争议较多。对于钢筋混凝土剪力墙结构，历次震害表明，刚度较大的结构一般震害较轻。但是，结构刚度不能无限制增大，因为在一般情况下，建筑物刚度越大，承受的地震水平力也随之增大，工程费用越高，这里有一个“度”的问题。对高层建筑，控制这个“度”主要有两个因素，一个是控制结构的水平位移，首先应使结构水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中有关结构水平位移的限值；另一个是控制地震力，因为在地震力计算值偏小的情况下，有时也会出现结构顶点位移满足要求、构件为构造配筋的“安全”假象，所以，只有底部剪力在合理范围内，检查位移、内力及配筋情况才有意义，规范规定剪力墙结构的底部剪力系数a(底部剪力／结构自重)的范围防止剪力过小。控制这两个因素落实到结构设计方面就是对剪力墙进行合理布置，主要是剪力墙布置的数量和位置，以及部分构造措施的具体应用，这些内容在《高规》中没有明确的规定，工程师出于结构安全、方便设计、缩短设计周期等考虑而把结构设计得偏于保守，一定程度上没有充分发挥材料的性能，造成了一定的浪费。因此，深入开展对剪力墙结构的设计研究具有非常重要的现实意义。

[1]吴环.高层建筑设计中短柱的处理[J].中国新技术新产 品，2010(2).

[2]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010(5).

[3]孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑， 2010(24).

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TU206

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1674-6708（2010）28-0086-02

苗强，助理工程师，工作单位：太原市第一建筑工程集团有限公司第四分公司，职务：生产科项目部副经理