剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的应用论述

发布时间：2022-11-15 19:45:12 来源：网友投稿

摘要剪力墙结构具有良好的抗震性能，在现代建筑设计理念当中，能够满足高层建筑的功能需求，在很大程度上保证高层建筑的整体稳定性和安全性，根据高层建筑结构和功能的不同，所需要应用的剪力墙结构也不相同，需要根据实际情况，对不同形式的剪力墙结构进行分析，并且在此基础上对高层住宅建筑结构进行合理的设计。

关键词剪力墙结构；高层住宅建筑；结构设计；应用

1 工程案例

某工程项目是商用住宅楼，建筑面积是56000平方米，建筑总高度为100米，分为两座裙房和两座塔房，该建筑地上共三十二层，其中，四层为商务樓房，三层为办公楼房，有一层架空层用于休闲，以上均为住宅楼用房。整体框架是剪力墙结构，由于建筑项目整体属于商业综合性楼体，且楼层较高，施工进度和施工周期都比较紧张，为了进一步提高工程项目的施工效率和流畅性，在施工管理体系建立后，对钢筋工程项目、模板工程项目以及混凝土工程项目进行了精细化整合，顺利在工期内保质保量的竣工落成[1]。

2 剪力墙的种类

根据开洞情况和实际应用范围的不同，目前常见的剪力墙种类包括这样几个方面：

①整体剪力墙

②小开口整体剪力墙

③联肢剪力墙

④壁式框架剪力墙

3 剪力墙结构在高层住宅建筑中的应用

3.1 剪力墙墙肢平面布置

墙肢平面布置时应遵循平面规则、传力明确的原则，剪力墙布置应使得结构质量中心和刚度中心能够位置接近，减小楼层位移比。剪力墙应沿着两个主轴的方向双向布置剪力墙，且二者刚度差别不宜过大；在建筑物抗震设计过程中，应避免出现单向墙的设计形式，确保形成双向抗侧力体系，发挥剪力墙结构良好的空间工作性能。剪力墙布置时，各片剪力墙应尽量对齐设置，形成明确的抗水平力体系，从而更好地发挥各墙肢的作用。合理的墙肢布置可以使得结构传力合理，且实现较好的经济性。

3.2 剪力墙墙肢长度及厚度的设计

剪力墙墙肢长度及厚度的确定是剪力墙结构设计的重点内容之一：①剪力墙墙肢长度的确定。墙肢的长度的合理与否影响着剪力墙结构的承载力及经济性。剪力墙不宜过长，过长剪力墙容易形成延性较差的剪切破坏，且单片剪力墙刚度太大后会吸收更多的水平作用。墙肢长度宜控制在8米以下的范围，且各段墙肢总高度/长度宜大于3，这样各片剪力墙在水平地震作用下容易形成延性较好的弯曲破坏模式，同时可以避免弯曲开裂后产生宽度太大的裂缝。同样剪力墙长度不宜太短，若剪力墙厚度不大于300mm且长度与厚度之比介于4～8之间时，会形成短肢剪力墙，由于短肢剪力墙沿建筑高度会在某些楼层出现反弯点，受力特点更接近于异形柱，短肢墙承受较大的水平力及轴力，受力性能不利，因此宜尽量避免短墙。以6度区100米左右高层住宅为例，从住宅功能需求及结构受力需求考虑剪力墙墙肢长度控制在2～3米为宜。②剪力墙厚度的确定。与框架柱不同，剪力墙墙肢两个方向尺寸差别大，剪力墙墙肢厚度的合理与否影响墙肢平面外的稳定性及刚度。除了最小厚度基本构造要求外，剪力墙厚由轴压比及墙体稳定性控制。影响轴压比的主要因素有：抗震等级、墙肢长度、上部荷载、混凝土强度等级；影响稳定性的因素主要有：墙肢长度、上部荷载、混凝土强度等级、墙肢支承条件、层高，其中层高及墙肢墙肢支承条件对稳定性影响较大，因此在层高较大时宜尽量设置T形、L形、槽形及工字形等有翼缘剪力墙。以6度区100米左右高层住宅为例，层高3米时剪力墙厚度由轴压比控制，以200mm为宜；底部楼层层高较大时，剪力墙厚度会由稳定性起控制作用，根据需要适当加厚至250～300mm。

3.3 剪力墙水平、竖向钢筋设计

剪力墙水平、竖向钢筋设计包括计算分析及构造规定两部分。剪力墙墙肢计算分析主要包括偏心受压墙肢正截面受压承载力计算、偏心受拉墙肢正截面受拉承载力计算、偏心受压墙肢斜截面受剪承载力计算、偏心受拉墙肢斜截面受剪承载力计算以等内容，通过上述计算确定剪力墙受力需要的水平及竖向钢筋需求。为避免剪力墙出现受弯裂缝后马上达到极限承载能力及受剪裂缝出现后发生脆性剪切破坏，规范对剪力墙水平、竖向钢筋的最小配筋率进行了相应规定：一二三级剪力墙最小水平及竖向配筋率不小于0.25%，四级剪力墙不小于0.20%。对于受温度应力影响较大的顶层剪力墙及长矩形平面的端部等剪力墙提高其水平及竖向配筋率至0.25%，从而可以减少温度应力产生的不利影响。此外对于长剪力墙及高标号混凝土剪力墙，由于在混凝土凝固过程中容易造成剪力墙开裂，设计此类剪力墙时宜采用细而密的钢筋，同时适当提高该剪力墙分布钢筋的配筋率。

3.4 剪力墙连梁设计

连梁作为剪力墙结构十分重要的构件也是设计的重点。与框架梁不同，通常情况下连梁跨高比较小，因此竖向荷载产生的内力较小，而水平作用下会产生较大的内力，据此计算的连梁反弯点会在跨中附近，两端弯矩接近，全截面剪力基本相同，考虑水平作用反复发生时，连梁上下纵筋计算面积接近，因此通常连梁上下纵筋配筋相同，箍筋全跨相同配置。连梁是剪力墙结构中最早破坏的耗能构件，为实现其耗能的作用，连梁需要设计成延性好的弯曲破坏模式，避免发生脆性剪切破坏。跨高比=L/（2h0）=M/（Vh0），也就是说跨高比越大弯矩与剪力之比就越大，更容易发生弯曲破坏模式，因此对于跨高比较大的连梁，破坏模式更接近框架梁，通过常规设计就可以达到预期效果，而对于跨高比较小（≤2.5）的连梁，更容易发生剪切破坏，对此类连梁抗剪要求加强。为实现小跨高比连梁延性能力达到剪力墙结构对连梁的延性需求，需要改变配筋方式，应根据宽度、适应条件等要求设置斜向交叉钢筋、集中对角斜筋或对角暗撑筋[2]。

4 结束语

剪力墙能够有效提高高层建筑的整体稳定性和抗震性能，在对剪力墙结构进行设计的过程中，需要根据建筑的实际特点的主体功能来设置不同形式的剪力墙，在保证剪力墙结构符合标准规定的情况下，来对洞口的开设位置和剪力墙长度进行设计确定，以此来保证剪力墙设计的合理性。

参考文献

[1] 郑鹏.剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的应用论述[J].科技创新与应用，2017，（3）：248.

[2] 张开泰.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用论述[J].建筑工程技术与设计，2017，（13）：68-70.

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