高层建筑剪力墙的设计

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1、高层建筑剪力墙结构的设计摘　要:阐述了剪力墙的基本概念,介绍了剪力墙的分类和剪力墙设计的原则,提出了优化高层建筑剪力墙结构设计的措施,以积累剪力墙设计经验,从而帮助工程技术人员设计出既安全又经济适用的优秀作品。关键词:高层建筑,剪力墙,设计,措施　　随着社会经济的发展,人类对居住空间要求越来越挑剔,住宅内部露梁、露柱已不能满足人们对住宅空间的要求。20世纪60年代出现剪力墙结构,由于其刚度大,能有效地减少侧移,且具有较好的抗震性能,因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。另外,室内较框架结构简洁,没有露梁、露柱现象,外形美观,便于室内布置

2、,使用功能更好,且增大了使用面积,因此受到了开发商和业主的普遍欢迎。2002新规范的颁布实施,对高层建筑的结构设计提出了更多的要求,也使高层剪力墙结构的设计遇到了许多新的特殊的问题。本文仅就高层剪力墙结构设计中一些常见问题的处理方法提出一些看法,仅供设计者参考。1剪力墙的概念及分类1.1剪力墙的基本概念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,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度,自身平面内具

3、有很大的刚度和承载力,平面外刚度和承载力都相对较小,墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中,墙是一个平面构件,它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力;在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作,其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。1.2剪力墙的分类剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同,影响其受力特点、内力分布和变形状态,按其开洞的情况,可分为整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。1)整截面墙:剪力墙

4、不开洞或洞口面积小于总面积的16%,且洞口长边尺寸均小于洞口净距及洞口至墙边的净距。受力性能类似整体的悬臂构件,墙肢法向应力呈线性分布,破坏形态似偏心受压柱,设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。2)整体小开洞墙:当剪力墙洞口上下对齐,成列布置,洞口稍大,形成明确的墙肢和连梁,墙肢和连梁刚度较均匀。受力性能也可按整体悬臂构件考虑,并应考虑墙肢的局部弯矩,水平荷载引起的整体弯矩M的85%以上由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡,局部弯矩不超过整体弯矩的15%。3)联肢墙:当剪力墙的洞口沿竖向成列布置,洞口面积超过墙体总面积的16%,各墙体由连梁连接,

5、墙肢单独作用明显,连梁中部出现反弯点。1.3剪力墙设计的原则剪力墙在设计中既要满足位移限值的要求,又要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用,做到安全、经济合理。剪力墙合理数量的确定原则是:在满足规范规定的位移限值条件的前提下,剪力墙数量应尽量减少,但应满足在基本振型地震作用下,剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%。同时,规范规定框架部分承担的剪力至少为底部总剪力的20%,或各层框架承担的地震总剪力中最大值的1.5倍。2优化高层建筑剪力墙结构设计的措施2.1免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大《高层建筑混凝土结构技术规程》

6、(简称《高规》)中规定:“矩形截面独立墙肢的截面高度hw不宜小于截面宽度bw的5倍。”一旦出现上述情况,对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制,设计施工都比较困难。在实际设计中,独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除,或合理布置剪力墙,使小墙肢成为墙体翼缘,其受力状态明显好于独立小墙肢,仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性,细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙,从而可避免脆性的剪切破坏。2.2注重转换层结构设计高层建筑功能和形式日益多样化,当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部(中部)和下部使用功能不同时,结构布置也要相应改

7、变,要设置转换构件衔接上下结构,传递内力,设置转换构件的楼层称为转换层。因此,对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构,应当慎重设计。1)由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高,调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的,转换层本身的刚度和质量不宜大,最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。2)宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式,计算时应多取参与组合的振型数。3)通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位,研究具体的内力分配特点,通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。2.3优化连梁设计

8、根据《高规》在连梁设计方面的规定,对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况,在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅,以