对高层纯剪力墙结构设计的要点分析

陈安磊

【摘要】在我国的高层建筑中，剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性，其在高层建筑中被广泛应用。本文从剪力墙设计的基本原则入手，展开对其高层剪力墙结构设计要点进行分析探讨。

【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；要点分析

前言

随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。 于是逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅剪力墙结构型式，钢筋混凝土剪力墙结构刚度大，空间整体性好，在水平力作用下侧向变形小，没有梁柱等构件的外露，空间使用效率高，在确保结构安全及建筑使用功能的前提下，应充分发挥构件的受力特性，优化结构设计，做到技术可行、经济合理。

一、剪力墙设计的基本原则

1、增加结构体系的有效宽度。增加宽度可以直接减小倾覆力，并且当其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方的比例减小。

2、按照建筑材料的受力特点，充分发挥其承载力的作用效应。使构件以最有效的方式相互作用。例如混凝土受压承载力较高，以构件的轴压比为控制参数，充分发挥其受压能力，在墙的关键部位配置钢筋也是一样的目的。

3、使大部分竖向荷载直接由主要受弯构件承受。这将使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于倾覆拉力作用下房屋的稳定。

4、在竖向结构分体系中，合理布置竖向或斜向构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力。

5、每层楼盖应足以起水平隔板的作用。这可以使个抵抗外力的构件共同工作，而不是单独工作。

6、将大型竖向和水平构件连接成矩形框架。在超高层及复杂高层中应用较多。

二、高层建筑结构的特点分析

1、水平荷载

剪力墙结构因为竖向荷载力（包括重力等）引起的弯矩与轴力大小只是与建筑高度的一次方成正比例的关系，而水平荷载引起的倾覆力矩以及在竖构件中出现的轴力大小是与建筑高度的两次方成正比例关系，所以剪力墙结构的设计主要是根据水平荷载而进行的，水平荷载成为了决定性的因素。且对一般建筑而言，竖向荷载（包括自重等）的值基本上都是固定不变，而水平荷载主要有风荷载与地震作用等，其数值是可改变的，且随着结构动力特性的改变而改变；其次是，在自重等竖向荷载作用下轴向变形比较大。高层建筑竖向荷载比较大，容易使柱出现较大的轴向变形，从而影响到主梁的弯矩。

2、侧移控制

侧移的控制是建筑结构设计的重要内容。建筑结构的位移与建筑高度呈正比关系，高度越高位移就越大，从而影响到工程建筑的安全性，这就要求，在对建筑结构进行设计时应注意将在水平荷载作用下结构位移量控制在规定限度以内。

3、结构延性是建筑结构设计进行的关键指标

在地震作用下，高层建筑与较低楼房建筑相比，出现的变形量会更大一些。为确保高层建筑结构在通过塑性变形阶段后仍然具备较大的变形能力，以防倒塌现象发生，因此，应采取有效的处理办法，使高层建筑结构具备充足的延性。

三、短肢剪力墙设计要求

短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。当截面高度与厚度之比小于3时，应按柱计算（当形成异型柱时，则应按异型柱的要求设计，但高层建筑中不允许采用异型柱框架结构），至于剪力墙高度与厚度之比大于3、又小于5的剪力墙，实际上也是短肢剪力墙，由于它们更弱，可以提出不宜采用小于5的墙肢，对这种小墙肢的轴压比应给予更严格的限制，因此即使采用短肢剪力墙，也要尽可能使墙肢截面高度与厚度之比大于5。

近年兴起的短肢剪力墙结构，有利于住宅建筑布置，又可进一步减轻结构自重，应用逐渐广泛。但是由于短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，考虑高层住宅建筑的安全，其剪力墙不宜过少、墙肢不宜过短，可以对短肢剪力墙的应用范围应在设计中加以限制，并采取一些加强措施。

四、高层剪力墙住宅设计要点分析

高层剪力墙结构的合理设计，在充分考虑经济性、结构合理性、使用性等基础之上，主要注意以下几点：

1、合理布置剪力墙

合理的剪力墙结构布置主要有以下几点：

（1）进行多向对称布置。由于剪力墙结构具有水平延展性不强的缺陷，所以在进行设计时，尽量的沿着主轴方向双向或多向对称布置，且把不同方向的剪力墙有机连接起来，尽可能的拉通和对齐，提高剪力墙的空间延展性。此外，在进行抗震設计时，要尽量的让不同方向侧向刚度类似且自振周期相近，同时保证墙肢截面的简单和平整。

（2）充分发挥剪力墙承载力作用进行设计。因为剪力墙本身具有侧向刚度大和负荷承载力大等优点，所以为了充分发挥剪力墙的优点，在设计时要尽量让剪力墙之间留有一定的空间，把剪力墙结构侧向刚度控制在最佳力度，有效的减少地震力，提高结构的合理使用率。

（3）对于比较长的剪力墙要进行合理的分段。具体来说，就是要进行合理的开洞，把其分为均匀的多个墙段，且用弱梁进行墙段间的连接；此外，独立墙段总高度与截面高度比例应该不大于2。

（4）剪力墙尽量不要让洞口与墙边、洞口与洞口之间形成小墙肢。

（5）剪力墙布置要坚持“自下而上连续布置”原则，保证剪力墙刚度均匀分布，提高结构抗震能力。同时最好让剪力墙的门窗洞口上下对齐且成列布置，达到明确墙肢和连梁，应力规则分布的目的。

2、控制剪力墙的轴压比

为保证剪力墙延性，避免截面上受压区高度过大而出现小偏压情况，应当控制剪力墙加强区截面相对受压区高度，但截面受压区高度与截面形状有关，实际工程中剪力墙截面复杂，会增加计算受压区高度的困难。

3、设置暗柱即边缘构件

边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。约束边缘构件是指用封闭箍筋约束的暗柱，端柱和翼墙，其箍筋较密且直径较粗，对混凝土的约束较强；构造边缘构件的箍筋可取拉钩形式间距较疏且直径较细，对混凝土约束较差。一般建筑物出地面底部剪力墙弯矩最大，底截面钢筋屈服后会形成塑性铰区。塑性铰区是剪力最大部位，在反复荷载作用下，会出现裂缝，可能出现剪切破坏。而上部剪力墙弯矩较底部逐渐变小并出现反弯点，故规范规定在其他部位设置构造边缘构件即可。

4、控制墙肢截面尺寸的合理性

在进行高层剪力墙住宅设计时，要根据建筑的不同要求进行相应的剪力墙截面高度和厚度确定。剪力墙墙肢截面厚度，除了要满足承载力的要求外，还要满足稳定和避免过早出现斜裂缝的要求。一般情况下，把稳定要求的厚度称作最小厚度，通过构造满足。

五、结束语

为了满足人们对所居住房屋的要求，我们在保证其建筑物结构安全的重要前提下，还需要在建筑物的设计层面不断地思考与追求。在剪力墙结构设计中，怎样既能让这种体系刚度大，外观简洁等优点发挥出来，又能克服其工程费高等缺点是设计工作的关键。结构设计人员在设计工作中应不断总结，并选择合理的布置形式，正确掌握计算分析方法，以期更好地掌握这种结构体系的设计方法。

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