高层剪力墙住宅结构优化设计

高层剪力墙住宅结构优化设计

摘要：随着我国社会经济的飞速发展和城市化建设进程的加快，尤其是高层住宅的与日俱增和社会对结构要求的逐渐重视，剪力墙结构在民用建筑尤其是高层住宅中已经得到了越来越广泛的应用。本文针对高层剪力墙住宅的结构优化设计进行了浅要地分析。

关键词：高层住宅；剪力墙结构；优化设计

一、引言

随着我国社会经济的飞速发展和城市化建设进程的加快，尤其是高层住宅的与日俱增和社会对结构要求的逐渐重视，剪力墙结构在民用建筑尤其是高层住宅中已经得到了越来越广泛的应用。与框架结构相比，剪力墙结构更为宽敞、简洁，不仅增加了使用面积，而且使用功能也更好，并能为住户的自行改造提供足够的灵活性。同时，剪力墙用钢量较省，整体性好，结构刚度大，而且可以在高层住宅中将居室采用分隔墙来分为小间，此过程中通过将分隔墙与承重墙合二为一，因此相对来说也比较经济。本文针对高层剪力墙住宅的结构优化设计进行了浅要地分析。

二、高层住宅剪力墙的结构优化设计

1、合理的结构布置

所有高层住宅的结构布置都应尽可能遵循简洁、规则的原则，保证结构的质心与刚心相一致，而对于剪力墙结构来说，剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。因为底部框架—剪力墙结构中的剪力墙属于低矮墙，且其抗剪刚度相对较大，所以如果平面形式复杂、布置的墙肢较长，就很容易出现受力过于集中、局部刚度过大的现象，甚至往往出现只布置极少的剪力墙就能满足上下层的抗侧刚度比限值的情况。所以在剪力墙布置方案上必须要坚持对称、均匀、周边、分散的原则，且墙片不宜过长，墙片平面形式也不宜采用增强抗侧刚度的“T”、“L”等平面形式，而应尽可能采用“一”字平面形式。同时还应控制好剪力墙的最大间距，以满足规范的要求。纵向剪力墙还应在外纵轴布置好开窗洞的剪力墙，这样就能大大增强其横向抗倾覆的能力，以避免边柱产生过大的拉力和压力。

2、过渡层的优化设计

对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，比如底层框架剪力墙结构，其过

渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震中需要提供的抗倾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均匀荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者者压剪的应力状态，而一旦有横向荷载作用时，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力及其抗裂性能都将相应地降低。根据试验表明，在垂直和反复横向荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力大约会降低两到三成。而如果按验算一般墙体横向承载力的方法，当其托梁的高跨比或者者垂直荷载较小时，就将会过高地估计过渡层或者转换层剪力墙的抗震承载力，从而降低结构抗震的安全可靠性。因此过渡层或者转换层应在每开间设置圈梁以及构造柱，以形成类框架体系，从而增强过渡层或者转换层传递地震剪切力的能力，并大大增加其展延性以及耗能能力。

3、连梁的优化设计

剪力墙的连梁是一件耗能构件，因此它的剪切破坏将对抗震不利，并会使结构的延性大大降低。在设计过程中就要注意对连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。所以切忌人为来加大连梁的纵筋，这样就有可能无法满足其强剪弱弯的要求，也不能单纯地认为加大箍筋就一定能保证其强剪弱弯的要求。因为当连梁不能满足其截面控制条件时，一味盲目地增加箍筋必然会导致连梁在其箍筋还未充分发挥作用时就发生剪切破坏。而连梁截面的抗剪计算中，对于那些跨高比大于2.5的连梁，应注意将其剪力设计值乘以增大系数。4、长墙肢的处理

高层住宅剪力墙的结构还必须具备足够的展延性，特别是对于呈高细形状的剪力墙（即高宽比超过二）而言，就具有较好的展延性和弯曲破坏的属性，从而能够很好地避免发生脆性剪切破坏。然而在墙肢长度比较长的情况中，为了满足其每个墙段的高宽比都超过二，就可以采取开洞的方式来将长墙分割成为独立的、小而均匀的墙段。此外，当其墙段的长度较小时，因受弯而导致产生裂缝的宽度也比较小，这样就可以充分地发挥出剪力墙墙体配筋的作用。另外对于剪力墙结构当中存在的不多的长度超过八米的剪力墙长墙肢而言，在理论计算当中其楼层的剪力绝大部分都是由这些剪力墙的长墙肢来承担。因此在发生地震尤其是超烈度的强震时，这些长墙肢就是最容易遭到破坏的。而短墙肢则会因没有足够多的配筋，从而使整个墙面的结构遭到全面的破坏。为了避免这种不利的现象发

生，因此对于大于八米的长墙肢，可以通过以下两种方法来处理：一方面，采取开施工洞，也就是在施工的过程当中于墙上留洞，而混凝土结构完成时再砌筑填充墙体，从而将长墙肢分隔成为短墙肢。第二，采取开计算洞，也就是在进行结构设计PK计算的过程中假设有洞，而在绘制施工图时却不留洞，从而通过这种特殊的计算方式来加强其它的短墙肢的配筋。对于这种方法而言一般适合用作地下室外墙等不允许开施工洞的长墙肢。

三、结语

在高层住宅剪力墙结构设计中，整个体系的剪力墙布置和调整过程就是一个逐步优化的过程，直到按照周边均匀对称的原则将结构体系的位移与刚度趋于最合理，才能使材料发挥最大的效能。尤其不可盲目增大某一个或几个构件的刚度，以至于造成薄弱位置转移甚至产生新的薄弱部位。

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