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1、高层建筑剪力墙结构设计初探摘要：随着我国社会经济的飞速发展和城市化建设进程的加快，尤其是高层建筑的与日俱增和社会对抗震要求的逐渐重视，混凝土剪力墙结构在民用建筑尤其是高层建筑中已经得到了越来越广泛的应用。本文针对高层建筑混凝土剪力墙结构设计进行了浅要的分析。关键词：高层建筑；混凝土剪力墙；结构设计1高层建筑结构设计的特点 随着城市人口的增长，大规模的城市高层建筑越来越多。高层建筑在结构设计上有着以下共同特征：水平荷载成为决定因素；轴向变形不容忽视；侧移成为控制指标；结构延性是重要设计指标。伴随着这些设计特点逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构形式，即“剪力墙结构”形式。抗震设计时
2、，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。 短肢剪力墙结构是指截面厚度不大于300mm、各墙肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙；当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截面设计；剪力墙常用的截面形式有“T”字形、“L”形、“十”字形、“Z”字形、折线形、“一”字形。 具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30、不大于结构底部总地震倾覆力矩的50的剪力墙结构。 2高层建筑剪力
3、墙结构设计计算原则 2.1楼层最小剪力系数（剪重比）的调整原则 在满足在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不超过 30的前提下，尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。 2.2剪力墙连梁超限的调整原则 剪力墙连梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。高规规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在56之间时，若连梁刚度不折减则也容易出现剪力或弯矩超限。本人认为该
4、条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价也有非常明显的影响，即将跨高比不大于5的连梁（刚度需折减）和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁（刚度不折减），而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，能节省工程投资。 2.3楼层层间最大位移与层高之比（位移）的调整原则 指规范规定按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比uh（即位移角），在计算时不扣除整体弯曲转角产生的侧移，即直接采用内力位移计算的位移输出值。楼层位移计算可不考虑偶然偏心的影响，但应同时考虑控制结构的扭转变形，即在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层
5、间位移（即位移比）要控制在一定的范围之内，具体详高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 32010）第3.4.5条。对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的，但竖向构件足够多（剪重比偏大）且布置不合理的话，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层间位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。 3高层建筑混凝土剪力墙的结构设计 3.1建筑高度要求 根据资料和研究证明，随着楼层数及高度的增加，剪力墙结构的震害将会加剧，所以规范对于结构形式为剪力墙结构的建筑物的高度有着明确的限值要求。其中的
6、建筑高度指的是从室外地面至檐口或者屋面板板面的高度，对于半地下室结构则从室内地面算起，而对于全地下室或者嵌固条件较好的半地下室则仍然应从其室外地面算起。对于那些带阁楼的坡屋顶则应算至山墙的半高处。 3.2过渡层的设计 对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，比如底层框架剪力墙结构，其过渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震中需要提供的抗倾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均匀荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者者压剪的应力状态，而一旦有横向荷载作用时，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力及其抗裂性能都将相应地降低。根据试验表明，在垂直和反复横向荷载的作用
7、下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力大约会降低两到三成。而如果按验算一般墙体横向承载力的方法，当其托梁的高跨比或者者垂直荷载较小时，就将会过高地估计过渡层或者转换层剪力墙的抗震承载力，从而降低结构抗震的安全可靠性。因此过渡层或者转换层应在每开间设置圈梁以及构造柱，以形成类框架体系，从而增强过渡层或者转换层传递地震剪切力的能力，并大大增加其展延性以及耗能能力。 3.3连梁设计 剪力墙的连梁是一件耗能构件，因此它的剪切破坏将对抗震不利，并会使结构的延性大大降低。在设计过程中就要注意对连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。所以切忌人为来加大连梁的纵筋，这样就有可能无法满足
8、其强剪弱弯的要求，也不能单纯地认为加大箍筋就一定能保证其强剪弱弯的要求。因为当连梁不能满足其截面控制条件时，一味盲目地增加箍筋必然会导致连梁在其箍筋还未充分发挥作用时就发生剪切破坏。而连梁截面的抗剪计算中，对于那些跨高比大于2.5的连梁，应注意将其剪力设计值乘以增大系数。 3.4长墙肢的处理 剪力墙不宜过长，较长剪力墙宜设置跨高比较大的连梁将其分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8m。 高层建筑剪力墙结构还必须具备足够的延性，特别是对于呈高细形状的剪力墙（即墙段的高度与墙段长度之比不小于3的剪力墙）而言，就具有较好的展延性和弯曲破坏的属性，从而能够很
9、好地避免发生脆性剪切破坏。然而在墙肢长度比较长的情况中，为了满足其每个墙段的高宽比都不小于3，就可以采取开洞的方式、用跨高比较大的连梁将长墙分割成为独立的、小而均匀的若干墙段。此外，当其墙段的长度较小时，因受弯而导致产生裂缝的宽度也比较小，这样就可以充分地发挥出剪力墙墙体配筋的作用。另外对于剪力墙结构当中存在的不多的长度超过8m的剪力墙长墙肢而言，在理论计算当中其楼层的剪力绝大部分都是由这些剪力墙的长墙肢来承担。因此在发生地震尤其是超烈度的强震时，这些长墙肢就是最容易遭到破坏的，而短墙肢则会因没有足够多的配筋，从而使整体结构遭到全面的破坏。为了避免这种不利的现象发生，应尽量避免单片剪力墙墙段长
10、度大于8m。 4结语 总而言之，在剪力墙结构设计中，要根据其受力的特点，充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后，并选择合理的布置形式，正确掌握计算分析方法，它将在高层的住宅中有着广阔的发展前景。 参考文献： 【1】于 群.小高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用.中国科技信息,2005. 【2】李国胜.多高层钢筋混凝结构设计中疑难问题的处理及算例.北京:中国建筑工业出版社,2004. 【3】王艳军. 高层建筑剪力墙结构优化设计浅析J山西建筑，2010(05). 【4】陈崇冈. 高层建筑剪力墙结构的设计要点J.中国高新技术企业，2010(15). 【5】 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 32010） 北京 中国建筑工业出版社，2010