| 标题 | 高层住宅剪力墙结构优化处理 |
| 范文 | 孙彦龙 李文红 【摘 要】本文介绍了高层住宅剪力墙的特点以及分类，提出了设计中需注意的几个问题，总结了优化高层建筑剪力墙结构设计的措施。 【关键词】高层住宅；剪力墙；结构设计；措施 【Abstract】This article describes the characteristics of high-rise residential and shear classification proposed design should pay attention to several issues， summarized optimization measures shear wall structure tall building design. 【Key words】Rise residential；Shear；Structural design；Measures 剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及梁、板所组成的空间结构，承受竖向荷载和水平荷载，是高层建筑中常用的结构形式。由于纵向、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载的作用下，侧移较小，因此这种结构抗震及抗风性能都较强，适宜于建造层数较多的高层建筑。结构工程师应该在剪力墙设计中把握要点，使结构安全、经济。 1. 高层住宅剪力墙的特点及分类 剪力墙是一种用来抵抗侧向力比较好的单元，它可以是完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构，也可以是和框架共同组成的框架-剪力墙的结构。剪力墙具有比较大的刚度，在结构中通常承受大部分的水平力，成为一种比较有效的抗侧力的结构，在地震区的高层建筑中设置剪力墙或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墙根据是否开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型。 （1）实体墙所谓实体墙就是指没有开洞或者开洞的面积小于整个墙体面积的15%。其受力的特点是就像一个悬臂墙。它的弯矩图既没有突变，也没有反弯点，整个墙体的变形是以弯曲型为主。 （2）整体的小开口剪力墙这主要是指开孔的面积虽然大于整个墙体面积的15%，但是仍然属于小面积开孔的墙体，其受力的特点就是弯矩图在连接梁的地方发生突变，在高度上没有反弯点，或者是仅仅在个别的楼层才有反弯点。 （3）双肢或者多肢剪力墙所谓的双肢或者多肢剪力墙主要是说开洞比较大的或者洞口成列布置的墙体。它的受力特点是和整体的小开口的剪力墙相类似的。 （4）壁式框架壁式框架是指洞口的尺寸相对比较大，而连接梁线的刚度和墙肢线的刚度比较接近的墙体。其受力特点是弯矩图在楼层的地方发生突变，而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。 2. 高层住宅剪力墙设计中需注意的几个问题 （1）在运用软件进行计算机辅助设计时，应根据实际情况调整软件的各项参数及简化模型，使其最大限度地反映实际工程的情况，尽可能地使其计算结果与实际模型相一致。了解各参数的实际意义，合理设置各参数。对于整体性系数较大的短肢墙，应尽可能使其肢强系数小，这样的结构在水平反复荷载作用下耗能能力强。 （2）工程设计不能迷信计算机的计算结果，更不能因某一部分的计算结果有误差就全盘否定计算软件，只有在实践中逐步了解软件并在工作中避免其产生误差，这样才能使我们的设计更安全，更合理。 （3）要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，提高计算精度。如节点距离过近，可能会引起后面计算出错，同时应注意构件偏心布置时偏心不能太大，尤其不能跨节点或轴线。 （4）SATWE程序中，在各种抗震等级下，墙的内力放大系数均是隐含值，但作为设计者，应清楚这些系数的取值。 （5）合理确定连梁和墙肢的强度，要确保连梁的屈服先于墙肢的屈服。和框架结构一样，短肢剪力墙的设计也要遵循“强柱弱梁，强剪弱弯”的原则。 （6）对由软件计算的结构进行合理分析与判断。 （7）在进行短肢剪墙结构整体设计时，必须要重视概念设计，使房屋各项指标都满足“抗震规范”及“高层建筑混凝土结构技术规程”的要求。 3. 优化高层建筑剪力墙结构设计的措施 （1）避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》（简称《高规》）中规定：“矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的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）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。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。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。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。 （3）优化连梁设计根据《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，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法：一是在内力计算前将连梁刚度进行折减；二是在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。同时要注重连梁的铰接处理。 （4）底部加强部位的设计在剪力墙设计时，一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/10二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下1层，此时地下1层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下1层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件。 （5）剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计振动台模拟地震试验结果表明建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，剪力墙在平面上分布要求均匀，使其钢度中心和建筑物质中心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度（宜取250mm，对低部外围的小墙肢根据需要可取用300mm），加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力延性，高层结构中连梁是一个耗能构件连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求等。 参考文献 [1] 张连生，刘德龙.高层建筑混凝土剪力墙设计要点[J].吉林勘察设计，2007，（01）. [2] 李丽.框支剪力墙结构的设计[J].陕西建筑，2008，（05）. [3] 王明，黄双凤.关于剪力墙结构中梁设计问题的探讨[J].陕西建筑，2009，（10）. [4] 王敏，李飞舟.高层剪力墙设计中的几点认识[J].陕西建筑，2009，（05）. [5] 赵彧，玄升大.小高层住宅剪力墙结构设计[J].陕西建筑，2010，（01）. [文章编号]1619-2737（2015）03-18-327 |
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