高層住宅剪力墻結構設計分析

1、<p>　　高層住宅剪力墻結構設計分析</p><p>　　摘要：在實際工程設計中，合理的剪力墻布置以及采用合理的計算模型都至關重要，既要滿足建筑的需要，又要保證結構的安全。本文作者結合多年來的工作經(jīng)驗，對高層住宅剪力墻結構設計進行了研究，具有重要的參考意義。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑 剪力墻結構優(yōu)化設計 </p><p>　　中圖分類號：

2、TU97 文獻標識碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　目前我國城市土地供應緊張與住宅市場需求旺盛的矛盾日漸突出，城市轉而向高度要空間的趨勢越來越明顯，高層剪力墻結構體系在住宅市場也隨之大量應用。因而結構設計的合理與否直接影響千家萬戶的生命財產(chǎn)安全，作為結構設計人員，應嚴格按照設計原則進行合理的設計，反復驗算，使剪力墻結構滿足使用

3、的需要并且有優(yōu)良的抗震性能，并在以上前提下優(yōu)化設計以達到合理的工程造價。 </p><p>　　一、高層建筑剪力墻結構的概念設計 </p><p>　　剪力墻結構在水平力作用下側向變形的特征為彎曲型。剪力墻結構承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好，側向剛度大，水平力作用下側移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內部布置。在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結構主要表現(xiàn)為

4、整體彎曲變形，底部外圍的小墻肢承由于豎向荷載較大，破壞嚴重，特別是一字形小墻肢的破壞最為嚴重。可增加建筑物周邊墻肢長度或連梁高度來消除扭轉不規(guī)則，從而使結構的抗扭剛度明顯增大。為了提高墻肢的承載力和延性，還需加強邊緣構件配筋，增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，嚴格控制軸壓比。 </p><p>　　二、剪力墻結構設計方面的優(yōu)化 </p><p>　　1、在剪力墻結構中，剪力墻宜沿主軸方向

5、布置，形成空間結構；抗震設計的剪力墻結構，應避免僅單向布置剪力墻，并宜使兩個受力方向的抗側剛度接近，以使其具有較好的空間工作性能。剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結構具有適宜的側向剛度。 </p><p>　　2、剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，應力

6、分布比較規(guī)則，又與當前普遍應用的計算簡圖較為符合，設計結果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置，當剪力墻的洞口布置出現(xiàn)錯洞、疊合錯洞時，墻內配筋應構成框架形式。 </p><p>　　3、較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應小于2，以避免剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞。抗震設計時，應盡量避免在洞口與墻邊或在兩個洞口之間形成墻肢截

7、面高度與厚度之比小于4的小墻肢。當小墻肢截面的高度小于墻厚的4倍時，應按框架柱設計，箍筋按框架柱加密區(qū)要求全高加密。 </p><p>　　4、剪力墻的特點是平面內剛度及承重力大，而平面外剛度及承載力都相對很小，應控制剪力墻平面外的彎矩，保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。當剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時，應采取足夠的措施減少梁端部彎矩對墻的不利影響。 </p><p>　　5、剪力墻布置對

8、結構的抗側剛度有很大影響，剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變；允許沿高度改變墻厚和混凝土強度等級，或減少部分墻肢，使側向高度沿高度逐漸減小。剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結構沿高度剛度突變，對結構抗震不利。 </p><p>　　6、在進行剪力墻設計時，應通過結構分析，在滿足最大層間位移、周期比、位移比的各項指標確定每層剪力墻的厚度時，同時考慮不同抗震等級軸壓比的影響及穩(wěn)定性和相關構造要求。對于普通的住宅建筑在7

9、度和8度地區(qū)，墻厚大多數(shù)情況下是按穩(wěn)定和構造要求所控制的。根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》第7.2.2條和8.2.2條確定的剪力墻允許高厚比見表1。 </p><p>　　注：H為層高或剪力墻無支長度的較小值 </p><p>　　三、 剪力墻結構計算方面的優(yōu)化 </p><p>　　在設計剪力墻結構時，應根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結構是否合理，如剪力墻結構的剛度不宜過

10、大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標。 </p><p>　　1、樓層最小剪力系數(shù)的調整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近（不小于）規(guī)范限值。這樣能夠減輕結構自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工

11、程造價。 </p><p>　　2、剪力墻水平分布筋在邊緣構件中的錨固。邊緣構件本身是剪力墻的一部分，不能套用一般的梁與柱連接的做法，因為它與剪力墻墻身之間的連接是相同構件之間的連接。剪力墻的水平布筋是按整片墻肢的配置來抵抗水平地震作用產(chǎn)生的剪力的，用剪力墻邊緣構件中的箍筋來改善混凝土的受壓性能，約束混凝士，使剪力墻在地震作用下具有較好的耗能和延性能力。可以將水平分布筋延伸至墻肢端部，并垂直彎折15d。 <

12、/p><p>　　3、連梁的配筋。剪力墻的連梁是耗能構件，它的剪切破壞對抗震不利，會使結構的延性降低。設計時要注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的剪切破壞后于彎曲破壞。切忌人為加大連梁的縱筋，如此，可能無法滿足“強剪弱彎”的要求。不能認為加大箍筋就能保證“強剪弱彎”。當連梁不滿足截面控制條件時，如果盲目增加箍筋，會導致連梁發(fā)生剪切破壞先于箍筋充分發(fā)揮作用。連梁截面的抗剪計算，對于跨高比大于2.5的連梁，其剪力

13、設計值應乘以增大系數(shù)ηvb：一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1。剪力墻連梁的截面尚應滿足以下要求： </p><p>　　跨高比大于2.5時:v≤(0.2βcfcbbhbc)/rRE </p><p>　　跨高比不大于2.5時：v≤(0.15βcfcbbhbc)/rRE </p><p>　　式中：v為梁端截面組合的剪力設計值：βc一混凝士強度影響系數(shù)，《高規(guī)

14、》(JGJ3—2010)第6.2.6條的規(guī)定采用。 </p><p>　　4、結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調整原則。震害表明，平面不規(guī)則、質量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結構，在震中破壞嚴重。在設計時，要保證結構的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結構平面的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生較大的扭轉效應，扭轉效應的計算應考慮偶然偏心的影響；其次是限制結構的抗扭剛度不能太弱，具體表現(xiàn)在Tt

15、/T1指標上。在實際工程設計中，應將結構豎向構件盡可能沿周邊布置，以提高結構的側向剛度和抗扭剛度。若在結構的形心附近加大豎向構件剛度，則只是對側向剛度的貢獻大，對抗扭剛度來說，貢獻甚微。 </p><p>　　5、計算結果的分析、判斷 </p><p>　　應采用至少兩個不同力學模型的結構分析軟件對不規(guī)則和復雜的建筑結構進行整體內力和位移分析，確定其可靠、合理之后，才可在工程設計中運用。分

16、析時要注意以下幾點：非耦聯(lián)計算地震作用時，剪力墻結構自振周期一般在(0．04～O．08)n范圍內(其中n為結構計算總層數(shù))；振型曲線光滑連續(xù)，零點位置符合一般規(guī)律；耦聯(lián)計算時，扭轉為主的周期應不大于平動為主的周期的0.9或0.85倍。結構布置較正常的剪力墻結構，底部總剪力值應大致在v0=aG的范圍內(其中a為合適范圍系數(shù)，G為結構總重)。對于8度設防抗震區(qū)的剪力墻結構，合適范圍系數(shù)一般為：Ⅱ類土a：(4～8)％；Ⅲ類土a=(6～9)％。

17、對稱結構在對稱外力作用下，其對稱點的內力與位移也應是對稱的。豎向剛度、質量變化較均勻的結構，在較均勻外力作用下，其內力及位移等計算結果自上而下不應有大的突變。 </p><p><b>　　四 結束語 </b></p><p>　　總之，高層住宅結構如何把握好合理性與經(jīng)濟性至關重要。在規(guī)范允許的范圍內，合理把握關鍵部位和次要構件，使計算結果能真實反映結構的受力特性。確

18、保建筑物整體的安全性和經(jīng)濟性，這是設計者在工作中需要不斷改進和提高的地方。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]陳學欣.短肢剪力墻結構設計淺析[J].四川建材,2009(3) </p><p>　　[2]董海棉.高層建筑短肢剪力墻結構設計[J].甘肅科技,2009(10) </p><