高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计王睿

高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计王睿

王睿

王睿

深圳市利源水务设计咨询有限公司广东深圳518000

摘要：作为建筑的主体结构体系，钢筋混凝土剪力墙结构有着实用性和经济性非常强的特点，在建筑工程施工中得到了非常广的应用。但是，现在我国的剪力墙结构材料和技术仍旧不是非常完善，针对这种情况，必须要根据建筑工程施工的实际情况，优化建筑钢筋混凝土剪力墙结构，以提升高层建筑施工的合理性和经济性。基于此，本文对高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计进行研究，以供参考。

关键词：钢筋混凝土；剪力墙结构；设计方法

引言

钢筋混凝土剪力墙结构、框架剪力墙结构及筒体结构是当前高层住宅建筑工程的主流结构形式，这些结构都离不开剪力墙的设计。由于剪力墙自身的特点,刚度大，自重大，造价高。如何优化剪力墙设计，是降低造价的主要途径之一。虽然我国当前工业体系处于世界领先地位，但由于人工、高新技术等在建筑技术的拓展上仍旧存在一定局限性，其经济适用程度仍有大幅提高的空间。通过当前有限的技术与材料，在确保建筑工程的安全性、功能完整性的基础上，对钢筋混凝土剪力墙的设计进行不断的优化、创新是工程技术进步的必要步骤。

1剪力墙概述

剪力墙结构被称为防风墙、抗震墙或结构墙。其实际厚度很小,但结构规模比较大。由横向、纵向及楼层板共同组成的空间结构,承受来自外部的水平荷载和竖向荷载,因其墙体面内刚度很高,在水平荷载作用下，侧移变形很小，是高层建筑物的主要支撑结构。

2剪力墙结构的类型及受力特点

剪力墙的受力特点及变形性能主要取决于墙体的开洞情况。洞口的位置，形状影响剪力墙的受力性能。根据墙体受力特性的不同可以分为四类，分别为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙（多肢墙）和壁式框架。不同类型的剪力墙，计算方法和计算简图各不相同。对于整体剪力墙，截面变形后符合平截面假定，可按材料力学里的悬臂梁进行设计和计算。小开口整体剪力墙受力性能接近整体剪力墙，其变形近似满足平截面假定，整体弯矩占总体弯矩的85%，局部弯矩占总体弯矩的15%.可按材料力学的公式计算，再考虑局部弯矩影响做修正。双肢墙（多肢墙）受力性能介于小开口整体剪力墙及壁式框架之间，截面整体性已经破坏，变形不满足平截面假定，每根连梁中部有反弯点，各墙肢单独弯曲作用较为显著。多采用连梁连续化的方法进行设计。壁式框架的受力类似于框架结构，梁、墙的刚度接近，在梁墙相交处形成一个刚性区域，这个区域刚度无限大，因而壁式框架就是杆端带刚域的变截面钢架，一般采用矩阵位移法用计算机进行计算分析，或采用D值法进行近似分析。

3剪力墙设计方案的遵循原则

剪力墙作为结构的承重构件，在设计时要遵循以下几个设计原则

首先要遵循均匀、分散、对称和周边的原则，剪力墙布置在纵横方向上，防止出现鱼骨式结构布置，尽可能的使刚度中心同质量中心接近重合，减少结构的扭转。在高度方向上，剪力墙均匀变化，同时应贯通房屋全高，满足刚度比的设计要求。洞口布置要在截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。

剪力墙的墙肢长度要适中，不能太短，否则墙体在内力作用下，过早产生裂缝，缝宽较大，墙体钢筋过早屈服。也不能太长，否则刚度太大，分配的内力也大。如果较长墙肢破坏，使其承担的内力不能传递给其他剪力墙，容易导致结构破坏。一般墙体长度不超过8米。

剪力墙的数量要合理。数量的多少与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑，增加剪力墙数量，虽然结构抗侧力的能力提高,同时结构所承受的地震力也加大,材料用量增大，二者不一定是成正比。因此，可尽量减少剪力墙的布置量及结构自重，只需满足侧向变形的限值即可，剪力墙轴压比基本接近。一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。当不能判断时，可控制第一振型下一般剪力墙底部地震剪力不应小于总剪力的50%

4高层建筑混凝土剪力墙结构设计优化方案

4.1.剪力墙的厚度

剪力墙截面厚度的大小同工程的经济性是息息相关的，厚度越大造价就越高。随着剪力墙截面厚度的增加会使结构抗侧力的能力提高，相应的结构所承受的地震力也会相应加大，一般情况下二者不成正比，合理地减小剪力墙截面厚度是设计者追求的目的。墙肢截面厚度的确定应满足3点要求：首先应满足稳定性及构造要求；其次要满足周期比、位移比、刚度比、最大层间位移角等各项指标；最后应满足不同抗震等级的剪力墙墙肢轴压比的限值。现行抗震规范针对不同抗震等级、不同部位给出了剪力墙截面厚度的下限值，一般情况下对于较低烈度区（6度、7度地区）在估算截面厚度时，可按每层10mm进行估算。

4.2合理的墙肢形状及尺寸

在进行剪力墙布置的时候，尽量将墙肢布置成“L”或“T”形，尽量避免使用短肢剪力墙及“一”字形剪力墙。这是因为“L”或“T”形墙肢可以形成较好的侧向刚度，也有利于结构的稳定。短肢剪力墙受力性能类似于异性柱，抗震等级要提高一级，配筋量较大。“一”字形剪力墙截面高度较小，平面外刚度也小，不利于抗弯及抗裂计算，配筋量也较大。通过合理的优化，不仅能减轻结构的自重，还能优化截面尺寸，使工程投资得到了优化。

4.3.墙肢的延性设计

我国抗震设计目标为“小震不坏，中震可修，大震不倒”，如何做到剪力墙在强震作用下具有良好的塑性变形能力，不会倒塌，是设计的关键。剪力墙的破坏形态有剪压破坏、斜拉破坏、斜压破坏、弯剪破坏、弯曲破坏，其中除了弯曲破坏是延性破坏外，其它都是脆性破坏。在墙肢截面承载力计算时，做到强剪弱弯是墙体延性设计的措施之一，控制墙肢轴压比是提高墙肢延性的另外一个重要因素，轴压比减小，延性就增加，轴压比增加，延性就减小，建筑抗震设计规范GB50011-2010第6.4.5条有相应的规定，剪力墙全高范围内，一级（9度）时不宜超过0.1，一级（7、8度）时不宜超过0.2，二、三级不宜超过0.3。通过在墙肢边缘设置暗柱或端柱，约束混凝土的变形来提高混凝土抗压能力，端柱形成的边框可以阻止剪切裂缝迅速贯通全墙，这些也是提高墙体变形能力的一种措施。

4.4连梁优化设计

连梁作为剪力墙结构中的重要组成部分,是结构体系的第一道防线，能在大震时先屈服并吸收大量的地震能量，既能传递弯矩和剪力，同时对墙肢也有一定的约束左右。但是一般连梁跨度较小，梁高较大，在实际的破坏中，经常呈现出预设屈服模式以外的脆性破坏。连梁的破坏形式主要有两种，连梁抗弯超限破坏和连梁抗剪超限破坏。这都是因为连梁的内力超过自身所能承受的阀值，形成脆性破坏。连梁的内力同连梁的刚度成正比，刚度越大，内力也越大。单纯的通过加大截面来解决连梁承载力不足的问题，会发现困难重重，加大截面所提高的承载力往往小于刚度增加所提高的内力，因此通过降低连梁高度，提高跨高比，相应的等于降低了连梁自身的内力，是连梁设计的方向之一。在设计中应认真遵守“强剪弱弯”的设计要求，合理的刚度折减，优化连梁的设计方案，才能真正发挥连梁相应的作用。

结束语

综上所述，随着经济的迅速发展，现在高层住宅建筑越来越多，并且剪力墙的应用也越来越广泛，因此就需要将其价值发挥到最大，以此提升工程的整体质量。另外，通过设计人员对建筑情况的探讨分析，有针对性地提出科学合理的设计方案，为以后的建筑行业发展做出了一定贡献。

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