浅谈高层剪力墙结构的设计

2010年第08期(总第123期)

沿海企业与科技

COASTAL ENTERPRISES AND SCIENCE&TECHNOLOGY

NO.08,2010

(Cumulatively NO.123)浅谈高层剪力墙结构的设计

刘拥军

［摘要］城市离不开建筑，建筑又是创造生活的一种手段。如今，高层建筑已成为城市建筑、地域生活的主流。文章从剪力墙结构设计的基本概念谈起，浅谈剪力墙结构受力特点和设计的若干建议，以供设计者参考。

［关键词］高层结构；剪力墙；受力；设计

［作者简介］刘拥军，广西城乡规划设计院助理工程师，研究方向：结构设计，广西南宁，530022

［中图分类号］TU973.31［文献标识码］A［文章编号］1007-7723（2010）08-0103-0002

一、引言

随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，普通框架结构和框架——

—剪力墙的露柱露构件对建筑空间的严格限定与分隔己不能满足人们对住宅空间使用和立面美观的要求。纯剪力墙结构既可以保证结构的安全可靠性，又可以使室内空间合理墙面平整，所以高层建筑结构中便越来越多地采用剪力墙结构。剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，传基础荷载更均匀、合理。这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。基于这种情况,本文将浅谈高层剪力墙结构受力特点和设计的若干建议。

二、剪力墙结构的受力特点

剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构，承受竖向荷载和水平荷载，是高层建筑中常用的结构形式。由于纵、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载作用下，侧移较小；因此这种结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也比较容易满足，适宜于建造层数较多的高层建筑。一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙；短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5∶8的剪力墙。剪力墙主要承受两类荷载：一类是楼板传来的竖向荷载，在地震区还应包括竖向地震作用的影响；另一类是水平荷载，包括水平风荷载和水平地震作用。剪力墙的内力分析包括竖向荷载作用下的内力分析和水平荷载作用下的内力分析。在竖向

荷载作用下，各片剪力墙所受的内力比较简单，可按照材料力学原理进行。在水平荷载作用下，剪力墙的内力和位移计算则比较复杂。理论分析和试验研究表明，在水平荷载作用下剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。洞口是否存在，洞口的大小、形状及位置的不同都将影响剪力墙的受力性能。剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙（多肢墙）和壁式框架等几种类型。不同类型的剪力墙，其相应的受力特点、计算简图和计算方法也不相同，计算其内力和位移时则需采用相应的计算方法。整体剪力墙如一根悬臂杆件，在墙肢整个高度方向上，弯矩图既不发生突变又不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主；小开口墙与双、多肢剪力墙，在连梁高度处的墙肢弯矩有突变，但在整个墙肢的高度方向上，它没有或仅仅在个别楼层才出现反弯点，剪力墙的变形曲线依然以弯曲型为主。总之，剪力墙的受力需具体情况具体分析，应按能反映其性态的结构体系计算。

三、剪力墙设计的建议

剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。遵循这样的规范原则，剪力墙的布置：（1）遵循均匀、分散、对称和周边的原则。（2）剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置。（3）剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼（电）梯处。（4）在平面布置上尽可能均匀、对称，以减小结构扭转；不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近。（5）在竖向布置上应贯通房屋全高，使结构上下刚

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度连续、均匀。（6）可布置成单片形（不少于三道，长度不超过8m）、L形、槽形、工字形、十字形或筒形最佳，H/L≥2。（7）洞口布置在截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。剪力墙的间距为了保证楼（屋）盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，应控制剪力墙的最大间距。剪力墙的数量与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好；从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震力和材料用量增大，造价提高，基础设计困难。因此，剪力墙的数量应适宜，只需满足侧向变形的限值即可（剪力墙的数量：规范要求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%）。因为在地震时全靠剪力墙抵抗地震剪力，建筑结构设计时成

片的剪力墙最好对称布置，遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则，以取得比较理想的设计效果。

四、结语

随着社会的发展、经济水平的提高，高层建筑将如雨后春笋般出现，剪力墙结构因其抗侧刚度大,能有效地减少侧移,且具有较好的抗震性能,因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。所以，掌握好剪力墙结构受力特点，把握好剪力墙结构设计的基本原则，建筑的结构设计就会更加安全、适用、可靠、经济。

［参考文献］

［1］包世华,方鄂华.高层建筑结构设计［M］.北京：清华大学出版社,1990.

［2］唐兴荣.高层建筑结构设计［M］.北京:机械工业出版社, 2007.

［3］李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例［M］.北京:中国建筑工业出版社,2004.

［4］高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)［S］.

［5］建筑抗震设计规范(GB50011-2001)［S］.

［6］民用建筑设计通则［S］.

（上接第106页）温度梯度造成的，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：（1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。（2）防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。（3）防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果：一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩；另一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力[3]。我们在合肥政务文化新区ZWQTB-027地块大型超市工程浇筑地下室底板混凝土时，采用三层塑料薄膜加二层麻袋，蓄100mm深的饮用水，降低混凝土温度，保证混凝土内部温度与大气温差小于25℃，效果相当好。

（五）采取合理的施工措施

对于需要浇筑大体积混凝土，则可以使用冰水或深井凉水拌制混凝土。另外，也可以在混凝土内，预留一些孔道，埋设水管通冷水或冰气以达到降温的目的。在寒冷的冬季，防寒潮袭击，应在混凝土表面加强养护。对于薄壁结构，不要急于拆模，要给其适当的时间适应温差，在缓慢降温的过程中，达到养护的目的。此时，建筑工作者应规定

适当的拆模时间，以免在混凝土表面造成明显的温度梯度。拆模时，块体中间和表面的温差控制在2O℃以内，避免在混凝土表面因急剧冷却产生裂缝，同时要及时回填土。拆除模板后，还要在表面加上如泡沫、海绵等保温材料，防止混凝土表面产生过大的拉应力。在建筑工程中，混凝土作为一种新型的复合材料被普遍采用，但是钢材的优良性能也是不可忽视的。由于钢材各项性能比较稳定，不受应力状态、时间及温度的影响，在混凝土中加入钢筋，可以提高混凝土的抗裂性[5]。

三、结语

混凝土的施工温度与裂缝之间有一定的关系，混凝土的温度控制不好，就会产生相应的应力，使混凝土构件产生裂缝。因此，在实际施工过程中，应采取一定的措施来预防和改善混凝土的应力，预防和控制混凝土的裂缝。

［参考文献］

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［2］叶青.浅谈混凝土施工温度裂缝产生原因及对策［J］.今日科苑,2009,（10）.

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四川建材,2010,（2）.

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