高層建筑剪力墻結構設計的探討

張秀亮　張緒志

【摘 要】在現(xiàn)代化社會發(fā)展中，剪力墻的應用極為廣泛，特別是在高層建筑結構中，已成為整個建筑領域關注的重要環(huán)節(jié)。也是建筑領域未來發(fā)展的主要目標。剪力墻結構設計作為高層建筑結構中的主要環(huán)節(jié)，做好其合理、科學布置與設計極為關鍵。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻布置；結構設計；設計原則

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，引進新高規(guī)和新抗震規(guī)范的材料設備，緊密結合我國當前的實際情況，不斷提高建筑工程設計水平，盡可能地發(fā)揮工程效益。

1.剪力墻布置

1.1雙向布置剪力墻及抗側剛度

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。剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，墻不宜布置太密，應使結構具有適宜的側向剛度。

1.2豎向剛度均勻

剪力墻布置對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，使抗側剛度沿高度逐漸減小。

1.3墻肢高寬比

細高的剪力墻容易設計成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一定的延性，設計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(lián)肢墻。

2.剪力墻結構技術指標的設計原則

剪力墻結構設計時，應充分發(fā)揮各抗側力構件的作用，在確保安全的前提下做到經濟合理，滿足規(guī)范規(guī)定的各項技術指標，下面就結構設計中的幾個重要技術指標調整原則簡述如下。

（1）樓層最小剪力系數(shù)（剪重比）的調整原則在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近規(guī)范限值（不小于限值）。這樣能夠減輕結構自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工程造價。

（2）樓層層間最大位移與層高之比（位移）的調整原則規(guī)范規(guī)定多遇地震作用標準值產生的樓層最大的彈性層間位移在計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結構整體彎曲變形，應計入扭轉變形。由此可見，對于一般的高層建筑，重點是樓層間的剪切變形及扭轉變形。剪切變形的控制是以豎向構件的多少來決定的，但豎向構件足夠多（剪重比偏大）而布置不合理，則會造成扭轉變形過大，同樣不能滿足層間位移的要求。因此，對于高層建筑應盡可能使扭轉變形最小，而不能僅根據(jù)層間位移不夠不加分析地增加豎向構件的剛度。

（3）結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調整原則第一自振周期Tt之比（周期比）的調整原則《新高規(guī)》A、B級區(qū)分規(guī)定，結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高層建筑不應大于0.90，B級高層建筑不應大于0.85。限定周期比是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不至于出現(xiàn)過大的扭轉效應。在實際工程設計中，應將結構豎向構件盡可能沿建筑周邊布置，降低結構中間構件的剛度，這樣既可以提高結構的側向剛度，同時又能較大幅度的提高結構的整體剛度。

3.剪力墻結構抗震設計的原則

（1）剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置：抗震設計的剪力墻結構，應避免僅單向有墻的結構布置形式。剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則，剪力墻結構的側向剛度不宜過大。剪力墻宜布置在房屋的端部附近、平面形狀變化處、恒荷載較大處以及樓梯處。在平面布置上盡可能均勻、對稱，以減小結構扭轉。

（2）高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構：短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻）.形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構。如果在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。剪力墻的間距為了保證樓（屋）蓋的側向剛度，避免水平荷載作用下樓蓋平面內彎曲變形，應控制剪力墻的最大間距。

從抗震性考慮，在一定范圍內數(shù)量越多越好；從經濟性考慮，數(shù)量太多會使結構剛度和自重很大，地震力和材料用量增大，造價提高，基礎設計困難。因此，剪力墻的數(shù)量應適宜，結構設計時成片的剪力墻最好對稱布置，遵循“均勻、對稱、周邊、分散”的原則，以取得比較理想的設計效果。

4.剪力墻連梁設計

4.1連梁的作用

在剪力墻結構中，連接墻肢與墻肢的梁稱為連梁。在水平荷載作用下，墻肢發(fā)生彎曲變形，使連梁端部產生轉角，從而使連梁產生內力，同時連梁端部的內力又反過來減小與之相連的墻肢的內力和變形，對墻肢起到一定的約束作用，改善墻肢的受力狀態(tài)。因此，連梁對于剪力墻結構尤為重要，在起到連接墻肢作用的同時，還對所連接的墻肢起到一定的約束作用。

4.2連梁設計的處理方法

在帶連梁的剪力墻設計中，連梁的跨高比和截面尺寸受到許多因素的影響，設計不當經常出現(xiàn)連梁承載力超限或連梁截面不符合設計要求的情況，設計時可從以下方面考慮。

4.2.1對連梁的剛度進行折減

連梁由于跨高比較小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內力往往很大，連梁屈服時表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減小，內力重分布。因此，在開始進行結構整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。高規(guī)中解釋說高層建筑結構構件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設計的剪力墻結構中的連梁剛度相對墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設計困難。因此，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當開裂（剛度降低）而把內力轉移到墻體上。

4.2.2增加剪力墻洞口的寬度、減小連梁高度

增加剪力墻洞口的寬度，即增加連梁跨度，減小連梁高度，其目的是減小連梁剛度，同時由于減小了結構的整體剛度，也就減小了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。

4.2.3增加剪力墻的厚度

增加剪力墻的厚度，即增加連梁的截面寬度，其結果一方面由于結構整體剛度加大，地震作用產生的內力增加，另一方面連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。由于剪力墻的厚度增加后，地震作用所產生的內力并不按墻厚增加的比例分配給剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁抗剪承載力不超限。

4.2.4提高混凝土等級

提高剪力墻的混凝土等級，其彈性模量增加的比例遠小于混凝土抗剪承載力提高的比例，因此也有可能使連梁的抗剪承載力不超限。

5.結束語

在剪力墻結構設計中，怎樣既能讓這種體系剛度大，外觀簡潔等優(yōu)點發(fā)揮出來。結構設計人員在設計工作中應不斷總結，并選擇合理的布置形式，正確掌握計算分析方法，以及更好地掌握這種結構體系的設計方法。將其在多、高層的建筑中有著廣闊的發(fā)展前景。 [科]