浅谈高层建筑剪力墙结构设计
关键词：房屋建筑,剪力墙结构,结构形式,设计,探讨
剪力墙结构(shearwall structure)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。剪力墙结构在高层房屋中被大量运用。
一、 高层建筑结构的受力特点与支撑件
建筑结构所受的外力主要是来自于水平与垂直两个方向。低、多层建筑因为结构高度较低、平面尺寸较大，宽度比较小而且结构的风荷载和地震影响也很小，所以低层建筑的设计主要考虑的因素是如何抵抗竖向荷载。然而随着建筑高度的不断增大，其受力特点也在逐步发生变化，在设计师主要考虑水平载荷、轴向变形、侧移以及结构延性等方面。
1.1水平荷载
对于一定高度范围的高层建筑而言，竖向荷载基本固定不变，而包括风荷载与地震作用的水平荷载的数值，则会随结构动力特性的区别而发生叫较大围的变化。
1.2轴向变形
高层建筑的竖向荷载一般较大，会在柱中引起相当大的轴向变形从而影响连续梁弯矩，同时还会影响预制构件的下料长度。因此，必须考虑轴向变形计算值，对下料长度做出相应的调整。
1.3侧移的控制
结构侧移是高层建筑结构设计的关键。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形会随着建筑高度的升高而迅速增大。基于这一原因，水平荷载作用下的侧移必须严格控制在一定范围内。
1.4结构延性
高层建筑比矮层楼房的结构更柔和，因此遭遇地震等剧烈震动时所发生的变形会更大。为保证建筑在塑性变形阶段中仍能具备较强的变形能力，必须在结构设计上采取相应的措施以保证结构的延性。
二、剪力墙设计的原则
对剪力墙的设计要做到安全、经济合理，所以在设计的过程中除了对位移限制值的要求外，还要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用。在剪力墙数量的设计的时候，位移限制值要满足规范的规定，应尽量减少剪力墙数量，但应满足在基本振犁地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大干结构总地震倾覆力矩的一半。
1)楼层最小剪力系数的调整原则。在设计时候要尽量减少剪力墙的布置，最好设计为大开间剪力墙布置方案，来达到比较理想的侧向刚度结构，楼层的最小剪力系数接近规范的极限值，但是这要满足短肢剪力墙承受的第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%。这样在减轻结构自重的时候降低地震作用带来的危害而且造价方面可以减少。
2)楼层层间最大位移与层高之比的调整原则。规范规定最大的弹性层问位移在多遇地震作用标准值产生的楼层计算的时候，可以不除去结构整体弯曲变形，应计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。
由此可以看出，楼层间的扭转和剪切变形对于一般的高层建筑是重点考虑的方面。竖向构件的多少决定着剪切变形的控制，但是即使构件的数量足够多但是布置不合理，扭转变形就会过大，仍然达不到层间位移的要求。所以，高层建筑能仅仅根据层问位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度，而应尽可能使扭转变形最小。
3)剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙的连续梁的跨高比小于2.5可能会出现弯矩和剪力超过规范的极限规定，所以其跨高比一般不小于2.5。规范规定连续梁不应拆减在跨高比不超过5的时候。在跨高比在5到6的时候，连续梁冈4度也必须拆减，否则可能导致弯矩和剪力超过极限值。这 如果能在具体工程设计的时候能有效利用，工程造价会降低很多。
三、 剪力墙构造设计
1.剪力墙截面厚度。规定剪力墙最小厚度的目的是为了保证剪力墙平面外的刚度和稳定性能。当墙肢平面外有与其相交的剪力墙时，可视为剪力墙的支承。有利于保证剪力平面外的刚度和稳定性能。所以在确定墙肢最小厚度时，按层高及无支长度两者较小值来计算。规范规定：在非抗震设计时，剪力墙最小厚度不应小于层高或无支长度的1/25，且大于等于160 mm。抗震设计时，底部加强区在一、二级抗震等级时不小于层高或无支长度的1/16，且大于等于200 mm。三、四等级抗震等级时不小于1/20，且大于等于160 mm;其他各层在一、二级抗震等级时，不小于层高或无支长度的1/20，且大于等于160 mm;三、四级抗震等级时应不小于1/25，且大于等于160 mm。分隔电梯井或管道井的墙应大于等于160 mm。
2.混凝土强度等级：剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20;带有筒体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级应不低于C25。
3.一般剪力墙在一、二级抗震的一般部位及三、四级抗震设计和非抗震设计时，其墙肢端部应设置构造边缘构件，在一、二级抗震的底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设约束边缘构件。当为非抗震设计时，剪力墙端部应按构造配置不少于4 Φ12 纵筋，并且应沿纵向钢筋配置不少于Φ6@250 的拉筋。
4. 为了防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力，就必须确定竖向分布钢筋的最小配筋率;同时为了防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏，就必须规定水平分布筋的最小配筋率。一般剪力墙的竖向和水平分布筋的配筋率为：一、二、三级抗震等级时不小于0.25%，四级抗震等级及非抗震等级时为0.2%，间距不应大于300 mm，直径不应小于8 mm，也不宜大于墙肢厚度的1/10。
5. 剪力墙上开洞的构造处理，当洞口较小，在整体计算中不考虑其影响时，应将切断的分布钢筋集中在洞口边缘补足，以保证剪力墙截面的承载力，且钢筋直径不应小于12 mm。当洞口较大时，应按实际情况在洞口两侧设置边缘构件，上下设置连梁处理。
6.剪力墙受竖向荷载的作用比较大，其竖向荷载一般是结构的自重和楼面的荷载作用产生的。竖向荷载在墙肢内产生轴力，在连续梁内产生弯矩，这时候可以按其受力面积进行计算即可。如果在水平荷载的作用下，剪力墙的受力情况可以按二维平面来分析，在对其精确的计算的时候就按平面问题计算。其计算的工作量很大。但是在工程设计的时候，对于不同类型的剪力墙受力特点可以对其进行简化计算。在水平力作用下，整体墙的截面弯矩和剪力可以按照悬臂构件来计算。小开口整体墙虽然因为洞口影响而出现墙肢间应力不再按直线分布，但是产生的影响也不是很大，所以仍然可以按整体墙计算基础上对其进行修改即可。壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可采用连续化方法近似计算。
结束语：近年来，城市高楼化趋势不可动摇，高层建筑将会快速发展，所以剪力墙结构会得到更多地运用。高层建筑的剪力墙结构设计，在建筑施工整个过程中占有重要位置，也是我国专业人员一直努力钻研的方向。但是由于多种客观原因，目前，尚存在很多需要研究探讨的地方，跟国外的剪力墙结构设计相差还很大，因此，针对这一问题，我们需要投入更多的时间与精力做到更好。笔者也会一直努力。
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