高层剪力墙结构设计技术要点探讨

1、高层剪力墙结构设计技术要点探讨 【摘要】本文通过结合笔者从事结构设计实践经验，针对剪力墙结构设计，重点提出剪力墙结构布置的技术要点，同时结合工程实例，提出优化高层建筑剪力墙结构设计的措施，为同类结构设计提供参考借鉴。 【关键词】结构设计；剪力墙结构；结构布置；高层结构 1.引言 高层建筑的竖向承重结构有框架、剪力墙、框架剪力墙、筒体等多种形式，水平承重结构有单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖、并式楼盖、密助楼盖、无梁楼盖等多种形式，从结构选型上来看，应当根据结构的受力特点及适用范围而采取合理的结构型式，而对于高层建筑来说，剪力墙结构则是常用的结构形式之一。 2.结构布置技术 剪力墙结构设计时要布置

2、剪力墙，应当宜沿主轴方向或其他方向双向布置。对一般的矩形、l形、t形等平面宜沿两个轴线方向布置；对三角形、y形平面宜沿三个轴线方向布置；对正多边形、圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。抗震设计的剪力墙结构应避免仅单向有墙的结构布置方式，并宜使两个方向抗侧力刚度接近。内、外剪力墙应尽量拉通、对直。 同时为了有效发挥剪力墙的抗侧力刚度和承载能力，增大剪力墙结构的可利用空间，剪力墙间距不宜太密，侧向刚度不宜过大。否则，结构自重加大，构件所受到的地震作用加大，不经济。剪力墙的平面布置应尽可能均匀、对称，同时应当让结构的质量与刚度中心重合，以减少扭转。在竖向，剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。 对于

3、剪力墙开洞后宜在洞口顶部设连梁，当建筑布置要求设置无连梁的剪力墙时，其数量一级抗震等级不应超过全部剪力墙的数量的20%，二级抗震等级不应超过全部剪力墙的数量的30%。而且对于这种类型的剪力墙不应采用短肢剪力墙，其底部加强部位的墙肢轴压比应当控制对于一级应小于0.4，二级应小于0.5。同时在墙肢两端应设置约束边缘构件，应加强墙肢上楼板板带的配筋和构造措施，如设置联系墙肢的暗梁，以有效地确保板带在竖向荷载作用下具有足够的抗弯承载力。 当前由于建筑功能需要，对剪力墙采取开转角窗设计，针对此应当严格在9度设防地区采取剪力墙转角窗。对8度以下设防地区采用剪力墙转角窗时应采取相应的设计措施：对于窗洞口应采

4、取洞口上下对齐，而且应严格控制窗口大小，洞口宽度不宜过大；洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，对于此处的剪力墙厚度适宜增大，同时沿墙肢全高按要求设置约束边缘构件。对于转角处的楼板应局部加厚，配筋宜适当加大，并配置双层的直通受力钢筋。 3.工程实例 某住宅综合楼，建筑面积为5.3万m2，地下l层，地上28层，结构高度79.6m，最高处87.4m，结构沿竖向质量及刚度分布较均匀，但标准层由两个切角正方形单元联接而成，类似哑铃状，平面体型较为复杂，对结构抗震不利。本工程抗震设防烈度为7度，ii类场地土，基本风压为0.5kn/m2。本工程上部标推层为住宅，每个单元由9个建筑单元组成，其结构布置利

5、用单元中部设置的两部电梯、设备管道井及一个剪力楼梯所围合的剪力墙内筒体单元，作为结构的主要抗侧力构件，但围绕其周围的8个住宅单元结构如何布置值得推敲。考虑到剪力墙结构对住宅平面布置有利，但限制了底部公共建筑用途的平面布置，采用框架结构可以取得底部公共建筑的较大空间，但对住宅平面布置又不合适。经反复分析多次试算，最终确定采用剪力墙结构体系。 3.1计算结果分析 结构的整体计算除进行正交向抗震计算外，还进行了旋转45。角的斜交向抗震计算，施工图设计构件最终以两种计算较大者配筋。两方向计算具体计算结果如下： （1）结构自振周期与振型。从计算结果表明不管是正交向还是45。斜交向，其两个方向周期均比较接

6、近，且t1约为0.05n（n为层数）。说明沿主抗侧力四个方向结构刚度均比较接近，各向结构抗震性能均比较适宜，也说明了本结构剪力墙结构布置合理，其刚度适中。 （2）从顶点位移角及层间位移角计算结果可知，用反应谱法分析结构的地震反应，取前六个振型相应值按平方和开平方法得到的结构基底总剪力，以及地震剪力系数。综上所述，采用短肢剪力墙，通过结构合理布置，既能较好地满足建筑功能对底部大空间的要求，又能兼顾上部住宅平面布置的要求，避免了按常规结构布置所形成的框支结构，避免结构竖向刚度突变，降低了结构刚度减小地震作用，使结构更加经济、合理、适用。 3.2设计中的几个问题和所采取的措施 （1）墙肢设计。地震作

7、用下短肢剪力墙结构的抗扭性能较弱，设计中对周边及角点处墙角采用l形短肢墙，对剪力墙结构中存在的少量的“字形”短墙肢，均严格控制其轴压比小于0.45，且控制墙肢的轴压比不相差悬殊，尽量均匀，避免墙肢应力差异过大。“一字形”短墙肢在配筋构造中除两端配有暗柱外，其水平筋按抗扭要求形成封闭箍，并考虑平面外问题对其竖向纵筋也进行了适当地加强。 （2）连梁设计。采用剪力墙后，出现两种连梁形式。一种是连梁跨度较小，承受的坚向荷载也较小，配筋由水平力引起的剪力和弯矩控制，跨中弯矩很小，剪力沿梁长基本均匀分布，梁端弯矩上下左右也基本对称，这是常规的剪力墙结构连梁，如楼电梯间墙肢连梁。设计中均按常规将梁面及梁底贯

8、通纵筋基本配成一样，其箍筋也沿全长加密。另一类型连梁内力分布类似于一般框架梁，跨度较大，承受的竖向荷载也较大，由于其线刚度较小，在水平力作用下所分配到的内力较小，最终配筋的组合内力主要由竖向荷载控制，大部分短肢墙间的连梁就属于这种类型。对这种类型连梁，在设计中基本是参照框架梁的要求来设计，即梁底筋按计算结果贯通配置，梁面筋如梁端负筋较多时，则不必将所有负筋全部拉通，而将部分负筋在梁跨1/3处截断；箍筋配置也一样，没有沿全长加密，仅在梁端按框架梁抗震构造要求设置加密箍。 （3）楼面薄弱部位所采取的措施。由于每个单元中在住宅单元间开有槽口，两个单元中部联结处开有采光天井，造成了住宅单元间及两个单元中部联结处的楼板不连续，为确保水平力的可靠传递，采取了如下的构造加强措施：首先在每个槽口敞开端每隔一层设置拉梁，且该拉梁按剪力墙间连梁配筋构造；同时对中部联结处的楼板采取适当加厚处理，而且楼板采取双向双层配筋。中部联结处角部及围合采光天井短墙肢均采取配筋加强措施，与之相连的连梁同样按剪力墙间连梁配筋构造。 4.结语 在我国的高层建筑中，剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性，其在高层建筑中被广泛