浅析高层建筑混凝土剪力墙结构设计

2019-02-18张婷婷李孟芩付伟超

四川水泥 2019年11期

关键词：墙肢连梁剪力墙

张婷婷李孟芩陈锴付伟超

（西南科技大学城市学院，四川绵阳 621010）

0 引言

随着当今时代信息化、网络化的发展，现代高层建筑混凝土剪力墙结构的设计也向着多元化的方向迈进，人们对于高层建筑结构的设计也提出了更高层次的要求。只有加大混凝土剪力墙结构设计的质量和效果，使其更具有稳定性和可行性，才能满足当今社会发展的需要。

1 高层建筑混凝土剪力墙结构设计的根本原则

1.1 厚度原则

通常情况下剪力墙的厚度与其高度和宽度比起来要小一些，从外形上看，近似于一个柱形体，但并不是真正的柱体。厚度原则主要表现在剪力墙肢长与厚度之间的比值，如果比值在3 到5 之间，那么就被称为异形柱，在进行剪力墙结构的设计时，需要按照双向受压构件进行设计；如果比值小于3 或者等于3 的话，就可以按照柱体来进行设计。

1.2 剪力墙的特点

高层建筑混凝土剪力墙在同一个平面内，它的刚度和荷载分布会比较大，但如果不在同一个平面内，则会小很多。因此在进行剪力墙结构设计时，不宜在平面外进行搭接，如果在实际工程中避免不了这种情况的话，那么就需要采取相应的解决措施，以保证剪力墙的安全性。

1.3 延伸性

墙体本身属于平面构件，在进行剪力墙结构设计时，需要注意它的延伸性。剪力墙在高层建筑中除了承受平面作用内弯矩和水平剪力之外，还需要承受一定的竖向压力，也就是说，高层建筑混凝土剪力墙处于复杂受力状态，所以除了要满足构件所需要的刚度之外，更要保证其非弹性变形下的延性，以提高其安全性和稳定性。

2 高层建筑混凝土剪力墙结构设计要点和难点

2.1 剪力墙结构设计要点

（1）水平荷载作用

高层建筑设计中，水平荷载占据非常重要的内容，在剪力墙设计中更是发挥着巨大的、不可忽视的作用。高层建筑水平荷载较大，容易引起较大的侧向变形，结构的稳定性与整个剪力墙的结构设计有着直接的关系，所以需要引起工程人员高度的关注和重视。

（2）轴向变形

高层建筑设计中，剪力墙自身的重量将会作为轴向压力作用于剪力墙上。轴向压力的作用下，墙体会出现轴向变形，轴向变形的存在使得剪力墙产生附加内力，进一步加大变形，进而对连续梁产生影响，增大其内力和变形。因此在进行剪力墙结构设计时需进行科学合理的处理，避免其在使用过程中产生过大的轴向变形，以避免对结构安全性产生影响。

（3）结构侧移

高层建筑不同于普通的多层建筑，它在水平荷载的作用下，会随着建筑物高度的增加而产生不同程度的结构侧移，内力作用下产生结构变形，所以在进行高层建筑混凝土剪力墙结构设计时，务必要将侧移的设计指标控制在合理的范围内，设计时则增加其延性设计，保证结构在水平力作用下的稳定性，提高高层建筑的安全性。

2.2 剪力墙结构设计难点

在我国经济高速发展，高层建筑越来越多的社会形势下，混凝土剪力墙结构已经得到广泛的应用和推广，归功于剪力墙结构体系具有较大的抗侧刚度，可以在很大程度上提高建筑物的适用高度。但同样，混凝土剪力墙结构的设计也是高层建筑的一大难点，结构设计上不仅要考虑建筑物的使用功能、结构的整体性能，同时混凝土剪力墙的施工技术相对来说比较复杂，既要注重其专业性，更要从施工成本及可行性出发，进行综合的分析与研究，这样才能达到技术上可行，经济上合理的目的。

随着人们对建筑质量要求的不断提高，混凝土剪力墙结构设计还要考虑到各种偶然荷载，诸如地震作用等，这就需要对剪力墙结构体系的受力、抗侧刚度等内容多角度进行计算和分析，以找到更加科学、合理、经济、实用的方案，实现建筑物整体结构的稳定性，保护人们的生命和财产安全。

3 高层建筑混凝土剪力墙结构设计的应用方法及策略研究

3.1 剪力墙结构设计定位的科学性和合理性

提高高层建筑混凝土剪力墙结构设计的科学性和合理性，就等于在保证整个建筑物的安全性和稳定性，因此要从设计全局出发，对剪力墙的结构布置进行全方位的考虑，保证其侧向有足够的刚度。设计中可以考虑沿主轴方向进行双向布置以提高其刚度，还要保证质心与刚心的一致性，对结构扭矩进行相应的控制。对剪力墙肢截面进行设计时，要以简洁性为原则。另外，剪力墙的门窗设计也非常重要，既要保证其整齐性，提高洞口设计的适宜性。墙肢与连梁、内收与外挑距离以及墙肢的刚度等，都是在剪力墙结构设计中不可忽视的，必须要保证整体结构的规则化处理。

3.2 墙肢结构设计处理

在高层建筑中，剪力墙设计往往会比较长，这时人们首先会想到的是要保证它的延性，避免在剪切过程中墙体遭到损伤；而剪力墙肢较短时，最多也只会出现一些裂缝，不会影响其整体质量和安全。剪力墙在实际的施工过程中，需要根据使用要求对长墙肢进行相应处理，比如说，可以对其进行开洞，然后再砌筑填充墙，让长墙肢变成短墙肢，这样就可以有效的避免因为地震或其它作用而对整个墙体造成破坏。

3.3 剪力墙配筋设计

为了保证高层建筑混凝土剪力墙的安全性和稳定性，在进行建设和施工时会对剪力墙进行合理的配筋，这就需要结构设计人员根据剪力墙的承重性计算配筋率，既要达到安全、稳定的原则，更要避免材料的浪费，设计过程中需按照最小配筋率进行剪力墙结构的配筋。比如，在剪力墙设计选择双向钢筋网片时，保护层厚度控制在30mm 内即可，避免不必要的资源浪费，节约施工成本。而且还要根据高层建筑的整体布置，提高剪力墙抗弯强度，保证建筑物的受力性能。

3.4 剪力墙连梁设计

在高层建筑混凝土剪力墙的结构设计中，连梁超筋的处理是非常关键和重要的，通常情况下，出现连梁超筋问题都是在高层建筑的三分之一高度，尤其是剪力墙的墙体较长时，就会出现位移。如果墙段墙肢的截面高度存在着差异性，也会在墙肢部分出现这种问题，所以一定要保证剪力墙连梁尺寸的一致性，并对连梁的剪力及弯矩进行及时的调整和科学的控制，以提高其整体的规范性和安全性。