浅谈高层建筑剪力墙结构的设计要点

浅谈高层建筑剪力墙结构的设计要点

发表时间：2016-09-23T14:55:12.623Z 来源：《低碳地产》2016年第6期作者：林志辉

[导读] 为了追求经济性与合理性的完美结合，房地产商越来越青睐于高层建筑。

广东中山建筑设计院股份有限公司 528400

【摘要】剪力墙结构是高层建筑的主要结构形式，由于其结构具有侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小的特点，因此被广泛的应用于高层建筑。本文主要针对剪力墙结构的受力特点，结合个人的实际工程经验，浅谈自己的一些设计心得。【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计

前言：

为了追求经济性与合理性的完美结合，房地产商越来越青睐于高层建筑。而剪力墙结构侧向刚度大，且结构布置较为灵活，能够很好地实现建筑户型复杂、建筑功能多样化的综合型发展。但是高层建筑结构日益复杂，在设计过程需要考虑的问题也越来越多，因此为了规范高层建筑的设计，国家制定了一系列关于高层建筑的设计规范，设计从业人员应该遵守国家或地区的规范要求，不能随意跨越规范的界限。

一、高层建筑的结构受力特点

高层建筑主要受到水平和垂直两个方向作用力。随着建筑物高度不断在增加，受到水平荷载而产生的变形、侧移成指数增长，结构所需的抗侧移刚度也会越来越大。剪力墙结构在水平荷载作用下产生的侧移小，轴向变形和结构延性好。根据高层建筑的结构受力特点，剪力墙结构抗侧移能力得到充分的发挥。

二、剪力墙结构的设计要点

剪力墙、梁和楼板是剪力墙结构的主要受力构件。剪力墙最主要的作用是为结构提供抗侧力刚度，它主要承担建筑结构中的竖向荷载和大部分的和水平荷载。《高规》中定义两端与剪力墙在平面内相连的梁为连梁，在设计过程中，连梁的刚度一般会乘以0.6~08的折减系数。连梁作为剪力墙结构的一道防御系统，在抵抗地震力和风荷载中起到非常重要的作用。结构楼板则主要考虑不同的跨度采用不同的板厚，一般板厚为跨度的1/30~1/35。但实际工程中，建筑入户大堂及电梯厅处由于考虑设备管线较多，一般板厚取120mm~150mm。高层建筑的楼板主要考虑其抗裂性能，确保楼板的最小配筋率满足规范的要求，在建筑角部及转角窗位置做适当的加强，露台天面等位置要合理地加大板厚，并且拉通面筋以满足其温度应力的要求。剪力墙结构体系是一种刚性结构体系，其位移曲线呈现弯曲型，因此具有良好的强度和刚度，同时具有良好的延展性，在传力的过程中能均匀受力，具有较好的整体性和抵抗倒塌的能力。以下根据我个人的工程经验，谈谈剪力墙结构中关于剪力墙设计的几个设计要点：

（1）剪力墙的布置原则

剪力墙结构平面布置宜简单、规则，应该沿主轴方向或其他方向，采用双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大。剪力墙布置应该自下到上连续布置，尽量避免刚度突变。但是现实工程实例中，经常出现梁托剪力墙转换、厚板转换的情况，主要是因为剪力墙不适用于大空间的公共建筑，结构建筑平面布置不灵活，为了实现建筑的使用功能，不得不出现剪力墙局部转换甚至全部转换的情况。在高层建筑结构设计中，应该尽量避免使用短肢剪力墙，因为其配筋及轴压比均有较高的要求，从经济性和安全性的角度也应该减小使用。剪力墙不宜过长，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。当剪力墙长度大于8m时，建议采用剪力墙开洞的方式减小其刚度，避免某片剪力墙承受过大的荷载，尽量做到剪力墙受力均匀、变形协调。剪力墙的总体平面布置主要是以均匀和对称为主要原则，保证结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以此降低结构的扭矩。通过增大剪力墙的可利用空间、设计适宜的剪力墙间距等方式使剪力墙的结构具有合适的侧向刚度，这样更能体现出剪力墙的抗侧力刚度强、承载力大优势。

（2）确定剪力墙厚度

剪力墙结构中的墙肢厚度主要是由墙肢的轴压比、计算配筋等因素决定的。底部加强部位的剪力墙厚度宜适当加大，减小墙肢的轴压比，增大墙肢的延性。在设计过程中，应尽量避免采用“一字型”剪力墙，要多采用“L型”、“T型”剪力墙。当不得不采用“一字型”剪力墙时，要注意与剪力墙平面外搭接的梁应双向搭接，以增强其稳定性。剪力墙的厚度除了要考虑轴压比，还应该考虑剪力墙的稳定性。由于剪力墙承受较大的作用力，所以必须保证其稳定性能够满足设计要求。根据剪力墙稳定性的验算公式，在受力变化不大的前提下，加大剪力墙的截面能够起到非常好的作用。同时，与剪力墙平面外搭接的梁，在配筋的时候，要注意其钢筋的锚固长度，应尽量采用细小的钢筋，保证墙肢有足够的厚度以满足钢筋的锚固。在实际工程中，为了不影响建筑的使用空间，大部分住宅都使用200mm厚的剪力墙，在底部加强部分使用250mm或者更厚的截面，但其截面厚度的大小关键还是取决于墙肢的轴压比以及稳定性的要求。（3）剪力墙中大墙肢处理

剪力墙在剪力墙结构中容易受到剪切破坏，在剪切力作用下，剪力墙的形状由细高状逐渐变成弯曲状，因此增强剪力墙结构的延性是最有效防止剪力墙被剪力破坏的方法。在实际工程中，若墙体长度较长，可选择开洞方式将长墙分割为小的、均匀的独立墙段，保证每墙段的高宽比大于2。理论上，长度大于8m的剪力墙被称为大墙肢。在剪力墙结构中，大墙肢是楼层剪力的主要承受者。大墙肢在超强度的地震或强烈震动时集中承受过大的荷载，是非常容易受到破坏的。为了防止大墙肢受到破坏，对超过8m的大墙肢可以采用下列处理办法来解决：

①开施工洞：在施工的过程中在墙上留洞，完工时将墙洞填充起来，这样可以把大墙肢分为小墙肢。

②开计算洞：在设计过程中，通过连梁开洞的方法将大墙肢分成几个合理长度的墙肢，这种方式可以适当地减少大墙肢的刚度，但这种情况经常会出现连梁承受过大的剪力而超筋的情况。

（4）剪力墙连梁超筋处理

在剪力墙结构中的连梁非常容易发生剪切变形，对剪力墙连梁配筋不满足设计要求的情况可做以下处理：①使连梁截面适当高度减小，尽量减小连梁的受力。

②适当调整抗震设计中剪力墙连梁弯矩、剪力。

③对竖向荷载不受连梁破坏影响的情况，在大震作用下，保证该连梁不参与支撑，以独立墙肢的标准对其进行第二次多遇地震作用结构内力分析，墙肢按内力较大的配筋计算。

（5）剪力墙的轴压比及配筋要求

轴压比是剪力墙的一个非常重要的指标。实验证明，较小轴压比的剪力墙具有更好的延性。所以，在剪力墙结构设计中，一定要控制剪力墙的轴压比，使其满足规范的要求。在轴压比较小的情况下，底部加强部位的剪力墙可不设约束边缘构件，能够更好的控制结构的含钢量。而剪力墙的配筋要注意分清约束边缘构件与构造边缘构件，要根据不同形式的剪力墙配置不同形式的边缘构件，并且要主要满足规范中对于边缘构件的最小配筋要求。“剪力墙的竖向和水平分布钢筋的配筋率，一、二、三级时均不应小于0.25%，四级和非抗震设计时均不应小于0.20%。”在实际工程中，为了更好地优化结构的含钢量，部分工程会采用“a、b层”的方法配置墙身水平筋，但计入约束边缘构件的水平分布筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%。同时，应该注意约束边缘构件的箍筋间距要和墙身水平钢筋的箍筋间距一致。

三、结束语

本文主要阐述了自己对高层建筑剪力墙结构在设计过程中的一些认识和体会。作为结构设计的从业人员，必须以新规范编制原理为设计基础，把实际需求和工程的实际情况相结合，通过不断的学习来提高自己的设计水平，以足够的责任心去完成所有的工程。

限于本人水平，本文所述如有错误，望请更正。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规范[JGJ3-2010].北京，中国建筑工业出版社，2010.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构技术规范[GB50010-2010].北京，中国建筑工业出版社，2010.

[3]曹彬，李铭.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].中国建筑金属结构，2013，22:65.