高层住宅剪力墙结构设计论文

高层住宅剪力墙结构设计论文
摘要：在高层住宅结构方案设计阶段，应对结构体系的特点有明确的认识，有针对性地对结构薄弱层、薄弱部位及由于建筑设计方案可能带来的抗风抗震设计缺陷有宏观的把握。

然后借助于工程设计软件进行正确建模，多方案对比试算，最后制订完善的结构设计方案。

关键词：高层住宅；剪力墙；结构设计
前言
高层住宅剪力墙结构是主要的抗风抗震结构构件，因为剪力墙结构的水平刚度大，在风荷载或者小震作用下，能够防止高层结构的侧向位移而导致的剪切破坏，要想合理的对住宅的剪力墙结构进行设计。

就要严格的控制好剪力墙结构的水平位移和地震力这两个因素。

1高层住宅剪力墙实例设计及计算分析
本文所依据工程为某大型住宅小区33层纯剪力墙结构住宅楼。

总建筑面积约27143.4m2，建筑层高3.0m室内外高差0.45m建筑高度99.45m。

为比较剪力墙布置方式对主体结构性能的影响拟定两个方案。

方案一：剪力墙上开洞的大小按照建筑图的洞口布置来建立模型，即飘窗处设高连梁（部分位置按照施工要求设置构造洞口，从而方便施工，如在两个分户单元山墙上开洞）；
方案二：在方案一中墙肢很长，剪力墙上开设尺寸较大的结构洞，
把一字形的截面改为L形或T形截面，将飘窗处的窗台改为加气混凝土砌块。

计算开始之前应根据规范选取正确的参数设置正确的特殊构件，如振型组合数，最大地震力作用方向结构基本周期，周期折减系数，连梁刚度折减系数框架梁刚度放大系数偶然偏心等的参数。

规范用于控制结构整体性的主要指标常用：刚重比和位移比，以及剪重比与周期比、相邻层间刚度突变等。

通过几项主要指标相比，分析出两个方案不同的剪力墙平面布置方式对整体结构的受力性能的影响。

进一步研究了在不同设防烈度区相同的剪力墙结构在地震作用下反应规律分别计算在6度和8度区，结构对地震的反应随着地震烈度的增大，剪力墙所受的地震作用也随之增大，但高烈度地区的地震影响作用比低烈度地区的地震影响作用增大很多，因此在地震作用下位移和位移角也随之变大。

两方案在6度区时整体主要技术指标均满足规范要求，两种方案的差别不大都比较理想。

但相对而言，方案二比方案一的技术指标更为合理。

在8度这样的高设防烈度地区时方案一较方案二更容易满足位移比的要求。

综合以上两方案设计分析对比，得出剪力墙的平面布置方法和开洞的方法对结构的整体受力性能和造价有较明显的影响，其主要表现在以下三点：
（1）动力特性方面
结构的整体刚度较小时，方案的第一平动周期明显变大，平动周
期与扭转周期之比变化不明显。

方案一中第一平动周期与第一扭转周期值的比值均小于0.9。

方案二通过在剪力墙上增大原有洞口或开设结构洞使结构刚度变柔从而增长了周期，说明结构布置更加合理。

（2）结构受力方面
方案二结构所受的剪力和基底弯矩都小于方案一。

因此减小结构刚度使结构周期变长从而有效地减少了地震力。

（3）结构变形方面
两方案中结构的位移变形指标均满足规范中相应要求。

在6度设防时方案二的最大层间位移角比方案一有明显改进。

但最大变形均发生在荷载工况为风载作用时说明6度区时，高层建筑的层间位移主要由风荷载控制，设计时应将风荷载作为最首要影响因素考虑。

随着地震烈度的提高，结构所受的地震作用也随之增大。

地震作用超过风荷载作用从而成为主要影响因素。

因此在8度区时方案一的层间位移比方案二更容易满足规范的要求，且采用方案一时剪力墙的数量还可能进一步减少，以充分发挥建筑的空间性能的要求。

2结构技术分析
如果短肢剪力墙所受底部地震倾覆力矩与结构总底部地震倾覆力矩之比小于0.15，可以认为该结构不为短肢剪力墙结构，在计算参数中选择“三级抗震”、“剪力墙结构”进行计算。

例如，某工程为地下1层，地上14层的高层住宅，地震烈度为7度，设计基本加速度为0.15g，剪力墙抗震等级为三级，建筑物总
高40.30m。

在实际工程计算中，是分横向短肢剪力墙所承受底部倾覆力矩与结构总底部地震倾覆力矩的比值，和纵向短肢剪力墙所承受底部倾覆力矩与结构总底部地震倾覆力矩的比值。

见本工程计算结果（表1）横向即X向为0.0956，小于0.15；纵向即Y墙由于大量开洞（窗）为0.4577，大于0.15。

出现这种情况，先按“三级”抗震、“剪力墙结构”计算，来配置横向剪力墙的构造边缘构件配筋，此配筋结果参照“分析结果图形和文本文件”显示中，“梁弹性挠度、柱轴压比、墙边缘、构件筒图”和“剪力墙边缘构件数据”。

表 1 实际工程计算
可见给出的结果是构造边缘构件的配筋、配箍、配筋范围。

再按“三级”抗震、“短肢剪力墙结构”（抗震等级自动提高一级为二级）计算一次，来配置纵向剪力墙的约束边缘构件配筋。

在分析结果图形和文本文件显示中，“梁弹性挠度、柱轴压比、墙边缘、构件筒图”和“剪力墙边缘构件数据”给出的是：加强区及其上一层是约束边缘构件，并按约束边缘构件给出配筋、配箍率及配筋范围，非加强区是构造边缘构件，并按构造边缘构件给出配筋、配箍率及配筋范围。

这样的结构设计，横向按一般剪力墙结构设计（边缘构件为构造边缘构件），纵向按短肢剪力墙考虑（加强区及其上一层边缘构件为约束边缘构件），应是比较完善的。

3高层住宅剪力墙设计注意事项
在进行剪力墙结构设计时，注意要满足《高层建筑混凝土结构技
术规程》规定：抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下，产生的轴力设计值和轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配盘率，底部加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。

矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面的5倍，当截面高度与截面厚度之比小于5时，其在重力荷载代表值作用下的轴压力设计值的轴压比一、二级时，不宜大于本规程限值减 0.1，三级时不宜大于0.6；当截面高度与截面厚度之比不大于3时，宜按框架柱进行截面设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，一般部位不应小于
1.0%，箍筋宜沿墙肢全高加密。

剪力墙作为主要的水平抗震构件，它的平面刚度大，平面尺寸较小，在设计中容易满足结构，尤其是高层结构的侧向位移限制和使用功能的要求，但随着结构的水平刚度增大，剪力墙承受的地震水平力也随之增大；经研究机构相关的实验表明，在有横向钢筋约束的剪力墙结构中可增强剪力墙的延性。

通过合理的设置边缘构件的配筋范围、配箍量以及配筋形式，可以做到相比不设置边缘构件整体结构的耗能能力可提高约20%极限承载力可提高约40%。

另外转角窗的设置会使得剪力墙的抗侧力刚度、自振周期、地震作用以及结构的整体受力性能均有一定的削弱，同时其外墙内力明显增大；因此尽量避免设置转角窗，如设置时应采取一定的加强措施在实际
工程设计中采取的措施有：
（1）将转角窗处的楼板厚加为120mm且双层双向配筋；
（2）转角窗处从底到顶设置约束边缘构件。

开洞截面高度及连梁跨度的大小对结构的整体影响比较明显，不容忽视在工程实际设计中应根据具体情况调整连梁的跨高比，使设计尽可能优化符合规范要求。

4高层住宅建筑剪力墙结构设计的建议
4.1高层建筑结构应尽量选择合理的结构体系平面形状上力求规则、对称、避免凸凹不规则，满足抗震规范的要求；纵向刚度尽量做到连续避免层间竖向构件不连续，尽可能保证良好的抗震性能。

4.2通过两方案结构受力情况的比较得出，两方案均有比较好的刚度在风荷载或者地震作用下不产生较大的水平位移，通过合理布置墙体，使结构受力更加安全、合理。

4.3当剪力墙结构刚度较大时，通过减少局部的一般剪力墙或开设结构洞等措施，可有效减少两个方向的刚度，从而减少水平构件所受的地震力，达到安全性和经济性的较好统一。

5结语
在高层住宅结构方案设计阶段，应对结构体系的特点有明确的认识，有针对性地对结构薄弱层、薄弱部位及由于建筑设计方案可能带来的抗风抗震设计缺陷有宏观的把握。

然后借助于工程设计软件进行正确建模，多方案对比试算，最后制订完善的结构设计方案。

参考文献：
[1]安兴宽.高层住宅框架剪力墙结构设计分析[J].山西建筑，2012（01）
[2]彭祥新.高层住宅框架剪力墙结构设计与分析[D].合肥：安徽建筑工业学院，2011：1―75
[3]王晓莉.高层剪力墙结构设计分析[J].山西建筑，2013（05）。