高层建筑结构的剪力墙要点

高层建筑结构的剪力墙要点高层建筑结构中主要受力的构件包括框架梁、柱、楼板和剪力墙。其中作为垂直构件的混凝土剪力墙是其提供结构刚度的第一构件，它在高层建筑当中承受结构的绝大部分横向荷载和垂直荷载。而当高层建筑的受力结构主体全部由剪力墙构件来构成时，就形成了通常所说的剪力墙结构。在剪力墙结构中单肢的剪力墙承担了所有的横向荷载和垂直荷载。混凝土剪力墙结构是一种较为优良的结构体系，属于刚性结构，其刚度和强度都比较高并且具备一定的展延性，传力也均匀直接，有不错的抗倒塌能力和较高的整体性。高层建筑混凝土剪力墙的结构设计应从下述几个方面来考虑。1合理的结构布置所有民用建筑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。因为底部框架一一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建筑高度和层数要求根据资料和研究证明，随着楼层数的增加，剪力墙结构的震害将会加剧，所以规范对于结构形式为剪力墙结构的建筑物的高度和层数有着严格的限值要求。其中的建筑高度指的是从室外地面至檐口或者屋面板板面的高度，对于半地下室结构则从室内地面算起，而对于全地下室或者嵌固条件较好的半地下室则仍然应从其室外地面算起。对于那些带阁楼的坡屋顶则应算至山墙的半高处。3抗震要求根据历史上地震的记录及其分析研究，之所以底层框架一一剪力墙结构会产生严重的破坏，究其原因就在于其上部刚度和底层刚度之比太过于悬殊。因而导致当地震集中作用到底层时，就会因为底层刚度较上部结构要小得多而造成底层弹塑性的明显且突出的集中变形的现象。所以控制上部刚度和底层刚度之比是非常关键的。对于不同的抗震设防烈度，抗震要求也有一定的区别。4底层框架柱布置如果剪力墙结构的底层是全框架的结构形式，那么在其内柱X、Y向轴线的砌体墙中均应设置构造柱或者框架柱，且其底部全框架结构的柱距不宜太大，一般要求控制在到八米以内，而且每根框架梁上最多只能设置一道非落地的剪力墙。从使用功能来讲，通常底部全框架结构的民用建筑大部分为商住楼，而该跨对应的上部结构即可分割成两个开间，无论上部结构是用作办公还是住宅，该跨所对应的上部结构开间的尺寸都能够达到填充砌体结构所能达到的功能，以此来控制每根框架梁上部仅设置一道非落地墙。与此同时考虑到大框架梁的梁高一般控制在梁跨的八分之一到五分之一，而如果柱距过大，就会使得梁截面及其配筋率出现超限，而且增加上部结构非落地墙的数量也会使这种现象趋于严重。5过渡层的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。6连梁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。7长墙肢的处理高层建筑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：7.1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。7.2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。剪力墙是一切复杂的根源。目前的结构分析软件情况下，对于空间杆元结构的分析，得出的结论基本上一致。但是对于剪力墙采用计算模型的不同，产生的差异较大，有墙元模型、壳元模型及膜元模型。其它：考虑刚性楼板假定的原因，是基于同一种条件下对结构指标的判断。是基于层模型的分析判断。主要为整体控制指标的计算时采用，如层间位移角、扭转位移比、周期比、结构底部抗倾覆力矩计算、结构剪重比计算、结构的刚重比计算等。不考虑刚性楼板假定的工况：结构构件的分析计算，即梁、板、柱、墙。周期比的判断，应采用刚性楼板假定，对不符合刚性楼板假定的结构，扭转周期比的判别将无实质意义。位移比扭转位移比的判断，采用刚性楼板假定，应取单向地震作用的、按规定水平力计算的;并且考虑偶然偏心。位移角：结构楼层位移和层间位移控制值验算，采用CQC效应组合，且可不考虑偶然偏心的影响。地震作用计算：单向地震时，应考虑偶然偏心，缘于结构实际刚度和质量分布相对于计算假定值得偏差，实际地震时存在地面扭转分量，结构弹塑性反应时抗侧力刚度退化程度的不同。采用考虑偶然偏心的方法是简便实用的方法。双向地震：《抗规》5.1.1条：质量与刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。扭转位移比大于1.2,可认为质量和刚度处于明显不对称状态。规范对双向地震的计算是对x方向地震和y方向地震均不考虑偶然偏心的再组合。但是和单向地震作用结果不同，单向地震作用考虑偶然偏心EXM、EYM或EXP、EYP。重力荷载代表值屋面活荷载是否计入的问题：对于不上人屋面可不计入。对于上人屋面，应计入;因为实际工程中屋面具有较强的使用功能。最小剪重比：对于长周期结构，同烈度时场地条件好的结构不容易满足，存在一定问题。目前存在两种争议，最小剪重比和刚度都需要满足规范的要求，以及在满足刚度要求的情况下可以不需要满足最小剪重比的要求。大多数结构处于速度控制段，按规范的方法过于计算复杂，可直接按照加速度控制段的调整方法计算。偏于安全。楼梯间的问题，按照平法图集底端滑动的做法有以下方面的问题存在：a，时间长以后滑动支座是否还能滑动;b，梯板下端滑动后对结构产生如何新的影响;c，框架柱被楼梯平台分割成短柱的问题仍然存在。建议采用楼梯间梯柱为框架柱，沿着楼梯建周边设置暗梁。并且梯柱按抗震要求进行抗震等级构造措施。在模型中建立楼梯进行计算是下策。强柱弱梁：实际地震中难以实现强柱弱梁破坏。主要原因是弹性模型加大了梁端负弯矩;裂缝计算时，内力取值位置与实际位置不统一，导致裂缝过大，从而加大了配筋;梁底部配筋加大过多;现浇楼板对梁端实际承载能力的影响。设计中宜：考虑塑性内力重分布，设置梁净跨单元;正确区分梁跨中配筋和梁端底筋配筋要求的不同性。当梁底多排钢筋时，第二排可在柱截面外截断。刚性楼板假定：刚性楼板假定和强制刚性楼板假定不同。冈0性楼板假定：平面内无限刚，片面外刚度为零。板的自由度为3个。强制刚性楼板假定：不区分刚性板、弹性板或独立的弹性节点，位于一个楼层时，均强制从属一个刚性板。注意：对于复杂结构，如不规则坡屋顶、体育馆看台、工业厂房，或者柱、墙不在同一标高跃层柱，或者没有楼板等情况，如果采用强制刚性楼板假定，结构分析会严重失真即计算出的结果不具有参考意义。对