高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計分析

趙富燚

【摘 ?要】為了滿足社會和經濟發展對住房的需求，高層建筑逐漸成為了建筑工程中重要的組成部分。高層建筑作為城市設施的一部分，一定程度上代表了城市的形象，同時它也象征著經濟發展的水平。在經濟飛速發展的當今社會，給建筑行業提供了良好的發展環境，但也對建筑數量、質量等有了更高標準的要求。建筑水平是現代化發展的標志。將鋼筋混凝土剪力墻結構應用到高層建筑中，能有效提高建筑的穩定性，保證建筑物的使用安全。采取的建筑方法不同，對資金的需求也會不同，因此需要對鋼筋混凝土剪力墻結構的設計進行研究，以實現節約成本，提高建筑質量的目的。

【關鍵詞】鋼筋混凝土;剪力墻結構;設計方法;優化措施

一、剪力墻結構設計的原則

1.1剪力墻的厚度一般比較小，而高和寬的尺寸卻比較大，受力形態接近于柱體。但是它與柱體還是存在一定的區別，主要表現在剪力墻肢長與厚度之間的比值，在比值小于等于3時，可以按照柱體來設計，當比值在3～5之間時，被視為異形柱，需要按照雙向受壓構件設計。

1.2剪力墻的主要特點：在同一平面內荷載力和剛度比較大，而在平面外的荷載力和剛度就相對較小。因此，需要注意不要在平面外接搭，如果實在避免不了時就要按照相關規定采取相對應的措施，確保剪力墻平面外的安全。

1.3在剪力墻的結構設計中，墻屬于一個平面構件，在承受著沿著平面作用的水平剪力和彎矩之外，還需要承擔豎向壓力。由于在多力結合狀態下工作，除了要滿足剛度的要求之外，還需要滿足非彈性變形下的延性。

1.4墻體的設計主要是計算水平和豎向作用下的結構整體的內力，在求得內力后，根據偏拉或者偏壓來進行斜截面受剪荷載力和正截面荷載力的計算。

二、高層住宅鋼筋混凝土剪力墻設計要點

2.1水平荷載在剪力墻設計時發揮巨大作用

高層建筑不同結構和自身的自重、荷載產生的軸力和彎矩大小有直接的關系，且和樓房的高度呈正比。對于同一個高層建筑而言，自重和其他豎向等荷載基本都是呈現一定的比值，其反應出來的數值都會和本身的結構特性有很大的關系，甚至會在使用的過程中產生較大幅度的變化。

2.2產生較大的軸向變形

在廣大高層建筑建設的過程中，豎向的自重將會產生較大的載荷，如果不對其進行合理控制的話，將會使得其在使用的過程中產生巨大的軸向變形，進而對連續的梁彎矩產生較大的影響。另外，在使用的過程中也會對不同構件的側移產生很大的影響，最終使得整體結構變得更加不安全。

2.3高層剪力墻結構內部的側移因素

在水平荷載的條件下，隨著建筑高度的不斷增加，不同建筑將會在使用的過程中產生不同程度的位移。所以，在水平荷載的作用下，尤其應該將側移控制在規定的范圍內。

2.4結構延性一直都在高層建筑結構的設計中發揮重大的作用

在地震的環境下，高層建筑將會在使用的過程中產生更大的變形。因此，為了能夠讓建筑進入到塑性階段之后有更強的變形能力，從而使得建筑不會因此倒塌。所以，在必要時必須采用一定的構造措施，使建筑本身有足夠的延性。

三、高層建筑剪力墻結構分析

3.1框架部分

當發生地震時，由框架和剪力墻兩個部分來共同承擔地震對房屋的傾覆力，如果框架承擔的部分大于傾斜力矩的50%以上時，說明大部分的框架已經在建造的過程中居于主體的地位，尤其應該在之后加強其抗震能力。如果按照純框架的要求來確定抗震的等級和軸比，則可以通過純框架規定的限制來有效地實現。另外，也可以取框架結構和剪力墻結構之間的值來有效地設定高度和寬度的比，當框架部分承擔的百分比接近于0時，尤其應該讓剪力墻結構的內部設置合適的高度和寬度比;如果框架部分承擔的百分比已經接近于100%時，則應該取接近于高度和寬度的比值。

3.2框架剪力墻內部總剪力的調整

框架剪力墻內部的抗剪剛度較小，所以，如果一旦發生地震，剪力墻應該承擔因為地震而引發的總剪力。正因為框架柱只能承擔很小的一部分，所以其地震作用所產生的內力也應該很小。如果僅將框架作為抗震的第二道防線，那么未免顯得過于單薄。只有規定讓所有的框架承擔的地震剪力都不應該小于一定的值，才能夠更好地增強其抗震能力。最后，一定要在所有樓層的剪力系數最小的背景下才能夠調整框架剪力系數。

四、高層混凝土剪力墻結構優化方案

4.1底層框架柱布置

如果采用底部框架剪力墻的結構，底部轉換柱的柱距不能夠太大，8m以內是比較好的控制，為了盡量避免二次轉換，最多只能夠在一根框架梁上設置一扇非落地的剪力墻。在功能方面，底部框架剪力墻的民用建筑大多是商業建筑，上部結構可分為兩個開間，無論上層建筑用于辦公或住宅，其上部結構所對應的開建的尺寸都能夠滿足這個使用功能。同時，考慮到大框架梁的高度一般為梁跨的1/8～1/5，如果柱間距過大，則梁截面及其配筋率將超過極限，也很容易出現梁的剪力、彎矩超限，造成嚴重的安全隱患。

4.2連梁設計

作為一件耗能構件，如果剪力墻連梁被剪切破壞，就會對于建筑物的防震抗震非常不利，并且大大降低結構的延性。因此要非常重視對于連梁的強剪弱彎計算，以保證連梁的剪切破壞晚于彎曲破壞。一定不能人為加大連梁的縱筋，這會導致難以滿足連梁強剪弱彎的要求。同時也不能一味的增加箍筋，如果連梁的結構控制條件沒有被滿足，盲目的提高箍筋率會導致剪切破壞發生在箍筋尚未產生作用之前。而針對連梁截面的抗剪計算，對于那些跨髙比大于2.5的連梁，把它的剪力設計值乘以增大系數是必須的。

4.3長墻肢的處理

髙層建筑剪力墻的結構還必須具備足夠的展延性，特別是對于具有細高形狀的剪力墻，即具有較好的延性和彎曲破壞性能，從而可以避免脆性剪切破壞。然而，在長墻肢的情況下，為了滿足每個壁的每個截面的高度與寬度之比都超過二，就需要采用開洞的方法，以此來把長墻分割，稱為一段段小而均勻的墻段。另外，當墻體截面長度較小時，由于彎曲引起的裂縫寬度相對較小，因此可以充分發揮箍筋對于剪力墻的加固效果。

五、結束語

在建筑行業朝著高層建筑形式快速發展的過程中，剪力墻結構的運用越來越廣泛，需要將剪力墻結構的優勢發揮到最大，以提高建筑的安全性和抗震性。因此需要結合實際情況進行科學合理的設計剪力墻結構。對鋼筋混凝土剪力墻結構的設計優化，不但能保證設計方案的可行性，同時能實現資源的節約和環境的保護，促進生態健康發展。

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（作者單位：中國建筑東北設計研究院有限公司）