高層建筑剪力墻結構設計

1、<p>　　高層建筑剪力墻結構設計</p><p>　　摘要：在高層建筑的不斷發(fā)展中，我們在保證其建筑物結構安全的重要前提下，還需要在建筑物的設計層面不斷地追求更高的建筑設計理念與技術。開展新型結構剪力墻設計，根據其受力的特點，充分掌握和了解其受力特點和破壞機理后，并選擇合理的布置形式，正確掌握計算分析方法。剪力墻的應用將在多、高層的住宅中有著廣闊的發(fā)展前景。 </p><p>

2、　　關鍵詞：高層建筑 剪力墻特點 剪力墻布置剪力墻連梁 </p><p>　　中圖分類號：TU208文獻標識碼： A </p><p>　　前言：高層剪力墻結構是特定的將剪力墻和框架兩種結構相互組合，進而形成一種新的體系。高層建筑的豎向荷載是由剪力墻和框架共同進行承擔的，但是其水平的作用則主要就是由擁有較大的抗側剛度的剪力墻來進行承擔。這樣的結構設計不僅僅具有剪力墻較強的抗震能力和較大的剛

3、度，同時還具有框架結構的使用方便和布置靈活的特點，因此能夠被廣泛的應用在高層建筑當中。 </p><p>　　一、剪力墻結構體系的受力特點 </p><p>　　框架是由梁柱線性桿件組成的，框架的受力特點類似豎向懸臂剪切梁，其變形曲線為剪切形，在純框架的結構中，所有框架的變形曲線都是類似的，所以，水平力按各框架的抗推剛度D比例分配，剪力墻是豎向懸臂彎曲結構，其變形曲線為彎曲形。在平面內有很

4、大的抗彎曲剛度，在一般剪力墻結構中，所有抗側力構成剪力墻的側移曲線都是類似的，水平力在各片剪力墻之間按件等效剛度EI比例分配框架一剪力墻結構體系的受力特點。 </p><p>　　在同一結構單元中，二者是通過水平面內剛度無限大的樓扳連接在一起的，以至于它們不能單獨按各自的彎曲變形或剪切變形而自由變形。它們在同一樓層的位移必須相等，在不考慮扭轉的情況下，由于框架與剪力墻共同工作，彼此相互作用，這樣，在框架一剪力墻結

5、構上部，剪力墻被框架向后拉，在框架一剪力墻結構下部，剪力墻被框架向前推，而框架的受力情況正好與此相反，沿豎向剪力墻與框架之間水平力的分配不是一個定值，它隨著樓層的改變而改變，水平力在框架與剪力墻之間既不按等效剛度El分配，也不能按抗推剛度D分配。框架一剪力墻結構中，頂部剪力不為零，這是因為頂部剪力墻共同工作，相互之間必然產生荷載，框架的最大剪力值在結構中部，框架底部剪力為零，全部剪力均由剪力墻承擔。 </p><p&

6、gt;<b>　　二、 剪力墻布置 </b></p><p>　　2.1雙向布置剪力墻及抗側剛度 </p><p>　　高層建筑應有較好的空間工作性能，剪力墻結構應雙向布置，形成空間結構。在抗震結構中，應避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向抗側剛度接近，即兩個方向的自振周期宜相近。 </p><p>　　另一方面，剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，

7、為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使結構具有適宜的側向剛度。 </p><p>　　2.2豎向剛度均勻 </p><p>　　剪力墻的布置對其結構的抗側剛度有很大影響，剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結構沿高度剛度突變，所以應要求剪力墻自上到下連續(xù)布置。允許沿高度改變墻厚和混凝土等級，或減少部分墻肢，使剪力墻的抗側剛度沿高度逐漸減小。 </p

8、><p><b>　　2.3墻肢高寬比 </b></p><p>　　細高的剪力墻容易設計承受彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。在抗震結構中剪力墻結構應具有延性，在設計構造中，墻的高寬應比不應小于2。當墻的長度很長時，為了滿足每個墻段高寬比大于2的要求，可通過開設洞口將長墻分成長度較小、較均勻的獨立墻段，每個獨立墻段可以是整體墻，也可以是聯肢墻。 </

9、p><p>　　2.4剪力墻洞口的布置 </p><p>　　剪力墻洞口的布置，會極大地影響剪力墻的力學性能。因此，布置剪力墻洞口時應滿足以下3方面要求。 </p><p>　　(1)規(guī)則開洞，洞口成列、成排布置，能形成明確的墻肢和連粱，應力分布比較規(guī)則，又與當前普遍應用程序的計算簡圖較為符合，設計結果安全可靠。同時宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置。 </p&g

10、t;<p>　　(2)對于錯洞剪力墻和疊合錯洞墻，二者都是不規(guī)則開洞的剪力墻，其應力分布復雜，容易造成剪力墻的薄弱部位，常規(guī)計算無法獲得其實際內力，構造比較復雜。其主要特點是洞口錯開距離很小，甚至疊合，不僅墻肢不規(guī)則，洞口之間形成薄弱部位，疊合錯洞墻比錯洞口墻更為不利，設計時應盡量避免。當無法避免疊合錯洞布置時，應按有限元方法仔細計算分析并在洞口周邊采取加強措施或采用其他輕質材料填充將疊合洞口轉化為規(guī)則洞口的剪力墻或框架結

11、構。 </p><p>　　(3)具有不規(guī)則洞口剪力墻的內力和位移計算應符合規(guī)程的有關規(guī)定。目前除了平面有限元方法外，尚沒有更好的簡化方法計算。對結構整體計算中采用了桿系、薄壁桿系模型或對洞口作了簡化處理的其他有限元模型時，應對不規(guī)則開洞墻的計算結果進行分析、判斷，必要時應進行補充計算和校核。 </p><p>　　2.5剪力墻和加強部位 </p><p>　　(1

12、)抗震結構中出現塑性鉸的部位應作為加強部位。而剪力墻頂層、樓電梯間墻等不宜作為加強部位，這樣作的目的是對塑性鉸部位可以有更明確的措施，與由于溫度、收縮等需要的加強措施區(qū)別。 </p><p>　　(2)剪力墻塑性鉸出現后，剪力墻應具有足夠的延性，剪力墻底部塑性鉸出現都有一定范圍，該范圍內應當加強構造措施，提高其抗剪切破壞的能力。 </p><p>　　(3)為安全起見，設計剪力墻時將加強部

13、位范圍適當擴大，抗震設計時，一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，為避免加強區(qū)太高，其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/10。 </p><p>　　三、短肢剪力墻設計要求 </p><p>　　短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。當截面高度與厚度之比小于3時，應按柱計算（當形

14、成異型柱時，則應按異型柱的要求設計，但高層建筑中不允許采用異型柱框架結構），至于剪力墻高度與厚度之比大于3、又小于5的剪力墻，實際上也是短肢剪力墻，由于它們更弱，可以提出不宜采用小于5的墻肢，對這種小墻肢的軸壓比應給予更嚴格的限制，因此即使采用短肢剪力墻，也要盡可能使墻肢截面高度與厚度之比大于5。 </p><p>　　近年興起的短肢剪力墻結構，有利于住宅建筑布置，又可進一步減輕結構自重，應用逐漸廣泛。但是由于短

15、肢剪力墻抗震性能較差，地震區(qū)應用經驗不多，考慮高層住宅建筑的安全，其剪力墻不宜過少、墻肢不宜過短，可以對短肢剪力墻的應用范圍應在設計中加以限制，并采取一些加強措施。 </p><p><b>　　四、剪力墻的連梁 </b></p><p>　　連接墻肢與墻肢（框架柱）的梁稱為連梁。連梁往往跨度比較小、高度比較大，是對剪力墻抗震性能影響較大的構件。在風荷載和地震荷載作用

16、下，墻肢產生彎曲變形，使連梁產生轉角，從而使連梁產生內力。同時由于連梁端部的彎矩、剪力和軸力的作用又反過來減少了墻肢的內力和變形，對墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)，高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種，即脆性破壞（剪切破壞）和延性破壞（彎曲破壞）。連梁在發(fā)生脆性破壞時就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，將成為單片的獨立墻，這會使結構的側向剛度大大降低，變形加

17、大，墻肢彎矩加大，并且進一步增加P-A效應﹙豎向荷載由于水平位移而產生的附加彎矩），并最終可能導致結構的倒塌。通過上述分析我們可以知道，連梁的設計應該保證不發(fā)生剪切破壞，也就是要求連梁的設計符合強剪弱彎的原則，同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。 </p><p><b>　　結束語： </b></p><p>　　為了滿足人們對所居