浅谈高层建筑剪力墙的结构设计

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　　摘要：本文结合工程实例和实际工作经验，以高层剪力墙结构设计为研究对象，总结了在新规范下高层建筑结构设计的特点，提出了剪力墙设计需要注意的几个问题，以指导设计人员科学合理地进行高层剪力墙结构设计。
　　关键词：高层建筑；剪力墙结构；设计
　　
　　剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力的结构。
　　1剪力墙结构的特点
　　(1)剪力墙结构体系有很好的承载能力，可承担竖向荷载(重力)，抵抗水平荷载(风、地震等)，有很好的抗侧力能力，常应用于建造较高的建筑物。
　　(2)剪力墙结构体系侧向刚度大，在水平荷载作用下侧移小；剪力墙结构中墙与楼板组成受力体系，其结构的住宅室内空间比梁柱结构简洁、宽敞。
　　(3)剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用效果比较好，可节约层高。
　　(4)结构自重大，吸收地震能量大。
　　(5)施工较麻烦，造价较高。
　　2剪力墙结构的设计要点
　　相对于框架结构，剪力墙结构更为简洁、宽敞，使用功能更好，为住户的自行改造增大了灵活性，加大了使用面积，广泛受到业主的欢迎。剪力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载。因此，剪力墙结构在设计时要注意许多问题。
　　2.1 剪力墙布置
　　剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且 x、y 两向的刚重比接近。在结构布置时应尽量避免仅单向有墙的结构布置形式，以使其具有较好的空间工作性能，并且使两个受力方向的抗侧刚度接近，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的2.5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件两个方向均应布置成长墙。
　　2.2 剪力墙厚度确定
　　剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，其门窗洞口最好成列布置、上下对齐，形成明确的连梁和墙肢。避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，在抗震结构设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位最好不要采用错洞墙，二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸做了详细具体的规定。
　　2.3 剪力墙配筋
　　对于剪力墙结构来说，剪力墙是面广量大的，合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率，一、二、三级抗震设计时均不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时均不应小于0.20%；钢筋间距不应大于300mm；分布钢筋直径均不应小于8mm。另外新抗规中规定，竖向钢筋直径不应小于10mm。房屋顶层剪力墙以及长矩形平面房屋的楼梯和电梯间剪力墙、端开间的纵向剪力墙、端山墙的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率不应小于0.25%，钢筋间距不应大于200mm。加强区φ10@200，非加强区φ8@200 双层双向即可。双排钢筋之间采用φ6@600×600拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。
　　2.4 设置边缘构件
　　对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区 0.7%，一般部位0.5%。对于短肢剪力墙，控制配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。
　　3工程实例
　　3.1 工程概况
　　阳光国际公寓2#住宅楼，经调查地表无不良地质现象存在。该工程属于住宅建筑，设计使用年限为50年，建筑耐火等级为二级。抗震设防烈度为八度，主体为剪力墙结构，裙房为框架结构。地基基础设计等级为乙级，主体为筏板基础，裙房为柱下独立基础和墙下条形基础。东西长约56.4m（设缝处理）,南北长约22.5m,主体为地上18层带1层地下室，前边裙房为地上1层。
　　3.2结构设计
　　该工程上部18层带1层地下室，根据勘察报告，取筏板厚为1 000 mm，经细算后筏板可减至800 mm ，经济性明显。
　　剪力墙一层墙厚(除电梯问四周)为250mm，其余地面以上墙厚均为200 mm，水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。三层以下水平筋φ8@150、竖向筋φ10@250；三层以上水平筋φ8@200、竖向筋φ10@300。地下部分外围墙体竖向配筋12@150为主要受力钢筋，水平筋则构造配置，该工程均取12 @ 150。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，简化计算后由竖向筋控制。
　　4新规范下高层剪力墙结构设计需要注意的几个问题
　　设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。
　　1)墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中,对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值： a.剪力墙之间的间距；b.门窗洞口之间的翼缘宽度；c.墙肢总高度的1/10；d.剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。
　　2)为了保证墙体的稳定性及便于施工，使墙在较好的承载力和地震作用下耗散能力，规范要求一、二级抗震墙时墙的厚度应不160mm，底部加强区宜不小于200mm，三、四级抗震等级时应不小于140mm，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。以上所述的剪力墙设计中的概念问题可能绝大部分设计人员都懂，但应用到实际工程设计中,施工图纸表达出来的东西有时则存在很大差别，原因与具体的构造处理有关，因此造成墙的截面和配筋差别大不合理。
　　3)剪力墙的边缘构造。GB50011-2010“抗规”规定抗震墙结构中落地剪力墙当一、二、三级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件；但对于一般抗震墙结构当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比,也要复核长墙肢的轴压比：抗震墙结构中，当层根据结构类型及受力状况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。
　　GB50011-2010建筑抗震设计规范规定抗震墙结构中落地剪力墙当一、二、三级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件；但对于一般抗震墙结构当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比,也要复核长墙肢的轴压比：抗震墙结构中，当层数在15层以内时其墙肢轴压比一般都小于0.2，所以一般除9度地震区外，都可以不设约束边缘构件(高层底部加强区除外)，只需设计构造边缘构件，不少设计都忽视了这点，造成浪费。
　　5结束语
　　总之，由于剪力墙结构简洁、宽敞，使用功能好，为住户的自行改造增大了灵活性，加大了使用面积，在高层住宅中的运用将会越来越广泛。因此，工程设计人员必须充分理解新规范编制原理，将新高规和新抗震规范和工程实际情况紧密结合，不断提高工程设计水平。
　　
　　参考文献
　　[1]建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）。中国建筑工业出版社
　　[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）。中国建筑工业出版社
　　

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