刍议高层建筑剪力墙结构设计

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1、刍议高层建筑剪力墙结构设计摘要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构，被广泛运用于现代高层建筑。笔者结合工作实践，就高层建筑剪力墙结构设计及计算原则进行了探讨。　　关键词：高层建筑；剪力墙；概念设计；结构设计；计算原则；墙体配筋　　　　相对于框架结构，剪力墙结构既可以保证结构安全可靠性，又可以使室内空间合理、墙面平整，所以高层建筑结构中越来越多地采用剪力墙结构，剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框剪结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结

2、构小，则传基础荷载更均匀、合理。这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。为此，文章对高层建筑剪力墙结构设计进行了探讨。　　1.剪力墙结构计算的基本假定　　剪力墙结构体系建筑是由一系列纵向和横向剪力墙及楼盖组成的空间结构。剪力墙承受竖向和水平荷载作用。在竖向荷载作用下，各片剪力墙受力分析较简单，但在水平荷载作用下则不同，为简化计算，作以下基本假定：　　1.1各片剪力墙在其自身平面内刚度极大，而在其平面外刚度极小，可以忽略不计。这样就可以把纵横向剪力墙布置的空间结构简化为平面结构处理。同时，也可考虑纵横墙的共同工

3、作，即纵墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。在承载力计算中，剪力墙的翼缘宽度可取剪力墙的间距、门窗洞间翼墙的宽度、剪力墙厚度加两侧各6倍翼墙厚度、剪力墙墙肢总高度的1/10四者中的最小值。　　1.2楼盖在其自身平面内的抗弯刚度视为“无限大”，因此在水平荷载作用下，只产生刚体运动，并把水平荷载分配给各片剪力墙，而不发生水平方向的弯曲变形；而在平面外，由于刚度很小，可忽略不计。按此假定，当结构不发生扭转时，各片剪力墙在水平荷载作用下侧向位移相等。这样，整个建筑上所承受的水平荷载就可以按各片剪力

4、墙的等效抗弯刚度的大小，按比例进行分配，然后进行内力及位移计算。　　1.3等效抗弯刚度是指按剪力墙顶点侧移相等的原则考虑弯曲变形和剪切变形后，折算为竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。对于沿竖向刚度较均匀的结构，各片剪力墙可以按下式之一计算其等效刚度。均布荷载、倒三角形荷载、顶点集中荷载。　　2.剪力墙结构设计计算原则　　剪力墙结构设计时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，下面是对结构设计中须重点关注的几种技术指标的调整原则的浅析，若有不对之处，请广大同行指正。　　2.1楼层最小剪力系数（剪重比）的调整原则在满足短肢剪力墙承受的第

5、一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值（不小于限值）。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。　　2.2楼层层间最大位移与层高之比（位移）的调整原则规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。由此可见，对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构

6、件的多少来决定的，但竖向构件足够多（剪重比偏大）而布置不合理，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层间位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。　　2.3结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比（周期比）的调整原则第一自振周期Tt之比（周期比）的调整原则《高规》第4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期T1之比，小高层建筑不应大于0.90。限定周期比是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭

7、转效应。　　在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样既可以提高结构的侧向刚度，同时又能较大幅度的提高结构的整体刚度。　　2.4剪力墙连梁超限的调整原则剪力墙连梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。《高规》规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在5～6之间时，若连梁刚度不折减则也易出现剪力或弯矩超限。本人认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价有非常明显的影响，即将跨高比不大

8、于5的连梁（刚度需折减）和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁（刚度不折减），而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，这对于节省工程投资具有很重要的意义。　　3.剪力墙结构的墙体配筋　　对于剪力墙结构来说，剪力墙面广量大，因此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