高层建筑剪力墙结构墙体布置方法研究

高层建筑剪力墙结构墙体布置方法研究

王子翔

武汉和创建筑工程设计有限公司 , 湖北省武汉市 430074

摘要：我国是人口大国，长年以来人口总量一直呈现出上涨趋势，这导致我国在近些年出现了土地资源不足的现象，这种现象说明地面空间已经不满足国民居住需求，必须转换思维开发新的居住空间，这就催生出高层建筑。高层建筑的出现确实满足了人们的居住需求，但同样也带来了一些问题，其中高层建筑易受地震影响就是较具代表性的问题。本文主要分析高层建筑剪力墙结构墙体布置方法研究。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；墙体布置方法

引言

经过多年研究剪力墙结构应运而出，逐渐成为了高层建筑架构设计中的核心环节，直接与建筑地震安全关联，即剪力墙结构的墙体布置成果对剪力墙的性能有直接影响，如果墙体布置成果存在缺陷，或不满足基本要求，就会导致剪力墙性能下降，因此高层建筑的风险并不能得到有效控制，例如在地震中因为高层建筑剪力墙性能弱，所以建筑高层结构会在短时间内被破坏，甚至有可能倒塌，在这种情况下高层住户就不能及时撤离，可见剪力墙性能对高层建筑安全有直接影响，在这种情况下如何合理布置剪力墙墙体结构就成为了一项值得关注的事项，因此有必要针对该事项展开研究。

1、剪力墙墙体布置基本原则

1.1双向布置原则

高层建筑的抗震能力取决于建筑空间结构的稳定性，而空间结构稳定性取决于建筑的刚度、承载能力，因此要提高高层建筑抗震能力，就要提升建筑的刚度、承载能力，这一点应当在剪力墙墙体布置中体现。在剪力墙墙体布置中为了起到提高刚度、承载能力的作用，施工人员应当遵从双向布置原则来布置墙体，即双向布置原则下，剪力墙能够有效加强建筑两个方向的侧刚度，这种侧刚度在建筑受到震动力时会给对方提供支撑，因此有利于建筑抗震能力，同时在良好的支撑下，建筑墙体的承载能力也会增长，进一步提高建筑抗震能力。

1.2洞口相关原则

剪力墙洞口的设计与布置对剪力墙性能也有很大影响，因此在墙体布置中要予以重视。关于剪力墙洞口设计与布置的原则有：其一，要遵从力学原理进行洞口设计，设计中必须对个体洞口的规范性、洞口之间的整体性进行检验，不可随意、盲目的设计洞口规格与布置方案，尽可能采用最优方式展开洞口设计，同时无论洞口设计如何，设计成果不能对墙肢与梁的关系造成不利影响；其二，在洞口设计中应当采用有限元方法对剪力墙进行检测计算，通过计算可知洞口设计下剪力墙内力、位移情况，了解剪力墙受力机理，若发现受力异常，就要对该墙体上的洞口进行排查，找出所有不规范洞口，随后进行改正；其三，在剪力墙墙体开洞中一定要尊重误差最小化原则来施工，即开洞要依照设计要求进行，过程中开洞施工人员必须尽可能消除实际洞口与设计之间的误差，误差值至少不能超过最大允许值，否则就必须重新返工。

1.3墙肢比例优化原则

剪力墙墙肢的高、宽比例对剪力墙的抗震能力同样有直接影响，因此为了最大限度的提高剪力墙抗震能力，在墙体设计与布置中应当遵从比例优化原则，尽可能的优化墙肢高、宽比例。着眼于剪力墙抗震能力，墙肢高、宽比例优化应当先从地震运动强度、频率角度上出发，后对墙肢高、宽比例进行设计，尽可能保障比例在2以上，这样剪力墙抗震能力就得到保障，依照该比例设计方案进行墙体布置即可。另外，在墙肢高、宽比例优化设计与布置中，一定要先掌握建筑所在区域的地震烈度等级，依照抗震能力等级必须比所在地地震烈度等级高一级的规范要求设计比例，这也是墙肢比例优化原则的一大要求

2、剪力墙墙体布置方法

2.1优化上下部结构

因为现代高层建筑结构复杂，所以剪力墙墙体布置设计中经常会在于刚度突变的难题，即在复杂结构下，剪力墙的受力大小出现差异，这就会导致剪力墙刚度发生突然的变化。为了应对这一变化，在剪力墙墙体布置设计时要着重优化上下结构，具体方法为：（1）降低结构上部的刚度，即在设计过程中最大限度的减少上部剪力墙的数量，使得上部结构满足压轴比要求，随后再缩短墙肢；（2）提升结构下部刚度，保障墙体落地建立满足实际要求，同时在这种设计方案下，必须对剪力墙结构布置的均匀性进行控制，保障剪力墙结构均匀的布置在平面层中。此外，在优化上下部结构时要规避一个误区、注意一个问题，即误区是指上下结构的刚度选择，很多设计人员认为上下结构刚度越大越好，但实际情况中刚度超标会导致剪力墙更容易受地震影响，因此刚度必须合理选择；问题是指上下结构布置时的沉降问题，要解决该问题就要合理设计剪力墙界面尺寸，并对刚度进行严格控制。

2.2结构布置

高层建筑由于平面宽度较小，需要有足够抗侧刚度来满足结构水平位移及舒适度要求，但建筑平面纵横内墙并未对齐，使结构布置难度增加。通过大量计算分析比较，拟采用一定措施达到结构布置的合理性：设置适当长度的剪力墙于中部电梯井筒及分隔墙处，但从实际来看，该处剪力墙刚度过大会造成明显的扭转效应，必须经过反复调整。同时，加大两侧山墙剪力墙厚度，以此达到整体结构抗侧和抗扭的目标，根据计算结果，其平面刚度中心和质量中心均可基本重合。由于建筑功能需要，平面右端户型需要设置外挑通窗，并因该处位于客厅，不宜设置梁，造成右侧山墙处剪力墙间的整体刚度难以形成，导致该薄弱部位结构变形。对此，在该部位剪力墙增设水平翼墙，并形成局部筒体方式来进行加强。此外，为了提高整体性扭转控制，可沿着外墙设置高连梁。根据轴压比及刚度均匀渐变的原则，内、外墙截面从下到上逐渐减小，并与经过计算和调整后的混凝土强度等级变化的楼层错开。

2.3关于楼盖结构的布置

在框架—剪力墙结构中，要使框架与剪力墙很好地协同工作，离不开一个重要的结构--楼盖结构。所以我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中规定，横向剪力墙沿长方向的间距要求为：（1）对于现浇楼盖，非抗震设计时，取5.0B（剪力墙之间的楼盖宽度（m）），60m两者的较小值；抗震设防烈度6度、7度时，取4.0B，50m两者的较小值；抗震设防烈度8度时取3.0B，40m两者的较小值；抗震设防烈度9度时取2.0B，30两者的较小值。（2）对于装配整体式楼盖（楼盖的现浇层应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.6.2条的有关规定），非抗震设计时，取3.5B，50m两者的较小值；抗震设防烈度6度、7度时，取3.0B，40m两者的较小值；抗震设防烈度8度时取2.5B，30m两者的较小值。而根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版），框架-剪力墙结构，剪力墙之间楼盖的长宽比的规定为：现浇楼、屋盖或叠合楼、屋盖，抗震设防烈度6、7度时为4，抗震设防烈度8度时为3，抗震设防烈度9度时为2；装配整体式楼、屋盖，抗震设防烈度6、7度时为3，抗震设防烈度8度时为2，抗震设防烈度9度时不宜采用。

结束语

综上，本文对高层建筑剪力墙结构墙体布置方法进行了分析，阐述了墙体布置基本原则、布置方法与注意事项。通过分析了解到，遵从基本原则进行剪力墙墙体布置设计工作，才能保障剪力墙自身性能满足实际要求，并与高层建筑相互贴合，为高层建筑提供强有力的抗震支撑。采用文中墙体布置方法，能够从设计环节出发，全面对剪力墙墙体本身性能、布置后的性能进行控制，充分发挥剪力墙作用。

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