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1、高层建筑剪力墙结构设计优化分析摘要：剪力墙结构的选型、布设和外观处理已经成为高层建筑设计和施工工作的重要环节，对于节约高层建筑建设成本，提高高层建筑结构稳定性有着指导性和约束性的作用。在高层建筑发展的大趋势下，剪力墙结构的设计应用得到了各方面关注。本文针对高层住宅结构设计中剪力墙的结构设计进行分析和研究，以便更好的做好建筑的结构设计，保证建筑的安全和质量。关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计前言剪力墙结构体系是指利用建筑物墙体作为建筑的竖向承重体系，并用它抵抗水平力的结构体系。在高层建筑工程中，建筑结构设计是整个工程项目工作重点，也是提高建筑结构的实用性、耐久性的关键。剪力墙结构作为目前建筑工程
2、领域中极为常见的一种，在大中型高层建筑结构中应用极为广泛，其在提高建筑结构整体性、耐久性方面发挥着不可替代的作用。1剪力墙结构的基本定义剪力墙作为建筑结构中的重要组成部分，其可以承担较强的风荷载及地震作用，所以通常也将剪力墙称为抗风墙或抗震墙。目前高层建筑较多，但在高层建筑结构设计时，则不宜将所有墙体都采用剪力墙结构进行设计，对于需要应用较多剪力墙时，则需要布置一定的筒体，这样利用剪力墙和筒体可以对水平力来进行抵抗。抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%40%，则可以按普
3、通剪力墙结构设计下限规范没有规定，用户可以灵活掌握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。2高层建筑剪力墙布置2.1高层建筑剪力墙布置原则高层建筑剪力墙的布置是沿着主轴方向或者其他某一方向进行双向布置，在同一平面内剪力墙的布置要保持均衡。高层建筑剪力墙的高与宽通常尺寸都比较大，厚度又较薄，在墙体受力方面受到水平剪力、弯矩、竖向压力。高层建筑的剪力墙需要具有抗震、抗风载的能力，所以其结构需要满足非弹性变形和避免脆性剪力断裂，剪力墙的设计类型可以尽量采用延性弯曲型。2.2剪力墙结构类别剪力墙结构类别有整体墙和联肢墙。根据不同类型墙体的特点、受力特征、墙体内
4、力分布进行配筋和构造。整体墙包括山墙、鱼骨式结构片墙、小开洞墙；联肢墙是由梁连接的剪力墙。高层建筑的剪力墙结构体系如图1所示。图 1 高层建筑的剪力墙结构体系将建筑的墙体作为竖向承重和抗侧力结构体系的被叫做剪力墙结构，在剪力墙上可以进行开洞设计，当洞口越大时，越接近剪力墙的框架。剪力墙结构的优点与缺点分别是：（1）剪力墙结构优点：剪力墙的承载能力较强，侧向的刚度大、变形小，剪力墙墙面平整适用于单层高度较小的建筑，例如：住宅、宾馆等。（2）剪力墙结构缺点：剪力墙结构自身重量较大，高层建筑平面布置的局限性有限，难以获得更大的建筑空间。剪力墙可以分为框支剪力墙结构与框架剪力墙结构，框支剪力墙结构是将
5、剪力墙结构的建筑底层做成框架结构，适用于做成转换层高层建筑。框架剪力墙结构可以将框架与剪力墙一同作为承载体，可接收来自竖向与水平方向的荷载，其中框架主要用来承担来自竖向的荷载，剪力墙主要用来承载来自横向的剪切力。2.3剪力墙结构设计计算剪力墙结构设计计算是对剪力墙的正截面承载力和剪力墙斜截面受剪力进行验算。验算时需要对剪力墙的整体结构进行分析，根据剪力墙水平受力与竖向受力求得剪力墙的内力。剪力墙结构计算的原则是：（1）要与施工图一致；（2）剪力墙荷载取值准确；（3）地下室作为指定层数；（4）整体计算参数与内力配筋调整参数应与整体分析程序相对应；（5）地下室人防、楼梯、地下室侧壁、顶板、水池壁板
6、、挡土墙、车道板、雨篷等抗扭构件，异型板、立面小构件等的补充计算，尽可能采用其他结构软件的计算工具计算，无相关工具的采用手算。3剪力墙结构设计优化控制3.1剪力墙定位合理剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙肢截面宜简单、规则。3.2剪力墙中大墙肢处理剪力墙在施工的过程中由于结构本身存在着延伸性要求，因此，结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性，这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下，剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙，且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式，
7、这样一来，极容易出现脆性破坏现象。因此，在设计工作中，对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计，将其分割成为小而均匀的独立情断，这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：3.2.1开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。3.2.2开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。3.3剪力墙结构的墙体配筋控制剪
8、力墙配筋有利于结构安全及工程的经济性，因为对于剪力墙结构而言，剪力墙面广量大。剪力墙墙体配筋通常是把竖向钢筋放在内侧，而把水平钢筋放在外侧，配筋必须满足计算及规范提议的最小配筋率。若采用了双向钢筋网片，迎水面保护层厚度至少可取值为30mm，大大节省了墙体配筋。3.4设计无洞单肢剪力墙剪力墙的在立面上没有任何洞口。这种墙实际上是一竖向悬臂构件，在水平荷载作用下，弯曲变形符合对平截面的假定，墙肢截面的正应力为直线分布，其内力和变形的计算可以应用材料力学方法进行。3.5设计整体墙和小开口整体墙墙面上只有很小的洞口，可以忽略其影响。这种类型的剪力墙实际上仍然是一个悬臂构件，其横截面的变形符合对平面的假
9、定，正应力为直线分，称为整体墙。当开洞稍大一些，墙肢应力中出现由局部弯曲引起的应力，但其值不超过整体弯曲应力的15%时，可以认为其墙肢截面的变形仍符合对平面的假定，可以按材料力学方法来计算应力，然后加以修正。这种墙叫小开口整体墙。3.6设计联肢墙在实际工程中，有些剪力墙是由许多受弯构件连接在一起的。例如，在住宅建筑和旅馆建筑中，墙体上由大量竖向排列的洞口，在外墙上，这些洞口一般是窗口，而在建筑的内部，这些洞口大部分是门或走道。在设计中，这些洞口将一片整墙分开为由连梁或楼板连接的墙肢，就形成了所谓的联肢墙。一般地，开有一排或数排较大洞口的剪力墙，其截面的整体性已经被破坏，水平荷载作用下正应力的分
10、布较直线规律有较大的差别。但墙肢的线刚度比同列两孔间所形成的连梁的线刚度大得多，每根连梁的中部都有反弯点，而墙肢仅在少数楼层出现反弯点。即在水平荷载作用下，所有的连梁都呈现双曲率弯曲形态，而大部分的墙肢都呈现单曲率弯曲形态，墙肢变形仍以弯曲变形为主。3.7设计剪力墙短肢近年来，我国兴起的一种新型的抗侧力构件，叫做钢筋混凝土短肢剪力墙，它既保留了异形柱不凸出墙面的优点，又克服了异形柱抗震性能不理想的缺点以及轴压比控制等比普通的剪力墙采取了更严格的限制。对短肢剪力墙的计算模型、适用高度、构造措施等没有做明确的说明。因此，对短肢剪力墙结构的力学性能、破坏形态、抗震性能以及设计方法等进行系统的研究，形
11、成一套完整的设计方法，是建筑工程设计中急需解决的课题。3.8设计剪力墙框支当底层需要大空间，采用框架结构支撑上部剪力墙时，称为框支剪力墙，也可以称为柱支剪力墙。框架柱可以用常截面和变截面两种形式，也可以采用斜柱和V 形柱。底部框架可以是单层的和多层的，应视建筑使用上的需要和结构的要求而定。4结语随着剪力墙结构越来越多，我们对剪力墙结构的研究也应该随着越来越深入，以适应现代建筑结构的需要，小高层住宅剪力墙结构设计呈多样化的趋势，如何做到安全、经济需要结构设计人员通过充分运用概念设计把握结构的整体性，科学布置剪力墙结构是现代建筑的可靠保障。参考文献：1李捍文.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析J.科技创新与用，2012（09）2张元坤.高层建筑结构概念设计若干问题J.广东土木与建筑，2011（11）3张亮.浅议高层住宅剪力墙结构设计中应注意的问题J.才智，2008（17）
