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剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用探析

摘要：进入21世纪以来，随着生活水平的不断提高，人们对于生活质量的要求也越来越高，伴随着人口数量的增大，所需要的建筑也越来越多，因而提高建筑的质量成为了普遍要求。在高层建筑结构中，剪力墙结构的抗震性和抗侧刚度均较好，因而常此结构形式。文章通过分析剪力墙结构的在结构设计中的一些应用，探究在建筑结构中更好地应用剪力墙结构的方式，希望以此为建筑结构设计的整体优化提供一些有价值的参考和建议。
关键词：剪力墙结构；高层建筑；结构设计
在高层建筑结构设计中，剪力墙结构的应用十分普遍，主要是由于剪力墙结构相比于其他结构具有更大的抗侧刚度和承载力优势，满足人们对于高层建筑的使用要求。然而，剪力墙在具有较大的抗侧刚度和承载力优势的同时，在实际工程中仍然有需要解决的问题。通过本文的一些探讨，希望可以帮助设计等人员更好地了解剪力墙结构，并更好地应用在高层建筑工程中，为建筑提供更好的结构方案。
1剪力墙的结构分类
剪力墙是高层建筑中主要承受竖向荷载及由风荷载、地震作用等原因引起的水平荷载的墙体。在结构中各层剪力墙的截面相同时，根据开洞情况的不同，可分为七大类：（1）整体墙；（2）整体小洞口墙；（3）小开口墙；（4）壁式框架；（5）联肢墙；（6）大开口墙；（7）弱联肢墙。从上述可以看出，剪力墙不同的开洞方式和洞口大小，使剪力墙结构的受力状态各不相同。
2高层建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用
2.1剪力墙的设计原则
（1）为使建筑结构有较好的空间工作性能，剪力墙应双向布置以形成空间结构。特别是抗震时，应避免单向布置剪力墙，并尽可能使两个方向的抗侧力刚度相近。（2）由于剪力墙的抗侧刚度较大，如果在某一层或几层取消剪力墙，易造成结构楼层的侧向刚度突变，可能形成软弱层或薄弱层。故剪力墙从上至下宜连续设置。（3）剪力墙一般会设置洞口。剪力墙洞口的布置，会明显影响剪力墙在水平荷载和竖向荷载下的力学性能。特别是错洞剪力墙和叠合错洞剪力墙以及其他不规则开洞的剪力墙，无论是在水平荷载还是在竖向荷载作用下，其应力分布十分复杂，易形成剪力墙的薄弱部位，常规的计算无法获得其实际内力，构造比较复杂和困难。（4）剪力墙在平面内刚度和承载力很大，而平面外的刚度和承载力都相对较小，当剪力墙与平面外的梁相连接时，梁的截面高度较高时，梁端弯矩对墙平面外的安全不利，故设计中可根据节点的弯矩的大小，墙肢的厚度（平面外的刚度）等具体情况确定梁、墙在平面外是刚接还是铰接，并以此采取相应的设计计算和构造措施。（5）剪力墙墙肢的截面高厚比宜大于4。当不大于4时，宜按框架柱进行截面设计。墙肢长度不宜大于8m，大于8m时，宜设结构洞口。因为过长的墙肢在结构整体计算时承担了极大的楼层剪力，而其他的小墙肢承受的剪力很小，一旦地震时，此类长墙肢易首先破坏，而小墙肢无足够的配筋，使整个结构可能被逐个击破。
2.2剪力墙结构在高层建筑结构中的应用
2.2.1剪力墙设转角窗
8度及8度以下设防A级高度的高层建筑在角部剪力墙上开设转角窗时，应采取以下措施：（1）洞口应上下对齐，洞口宽度不宜过大，连梁高度不宜过小。（2）洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，宜采用“T”、“L”、“［”形等截面的墙体，墙厚宜适当加大，并不应小于200mm。并应沿墙肢全高按要求设置约束边缘构件。（3）宜提高洞口两侧墙肢的抗震等级，并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求。（4）加强转角窗上转角梁的配筋及构造。（5）转角处楼板应局部加厚，配筋适当加大，并配置双层的直通受力筋；必要时，在转角处楼板内设置连接两侧墙体的暗梁。（6）结构电算时，转角梁的负弯矩调幅系数、扭矩折减系数均应去1.0.抗震设计时，应考虑扭转耦联的影响。
2.2.2短肢剪力墙设计
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第7.1.8条：短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%的剪力墙结构。
短肢剪力墙的判定：（1）墙肢截面高度与厚度之比为4~8，对L形、T形、Ⅰ形、＋字形等截面的剪力墙，则应每个方向墙肢截面高度与厚度之比均为4~8。（2）墙肢截面厚度不能过厚。上述（1）款墙肢截面高厚比中的厚度应满足规范规定的最小厚度。若由于非结构原因使墙肢加厚，导致墙肢截面高厚比在4~8之间，应具体分析，不应简单判定为短肢剪力墙。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：短肢剪力墙截面厚度不大于300mm。《全国民用建筑工程设计技术措施（2009）结构（结构体系）》规定：当墙肢厚度不小于层高的1/12且不小于400mm时，即使墙肢截面高度与厚度之比在5~8之间，也不应简单判定为短肢剪力墙；《广东省实施<高层建筑混凝土技术规程>（JGJ3-2002）补充规定》DBJ/T15-46-2005规定：剪力墙截面高度与墙厚之比大于4、小于8时为短肢剪力墙。当剪力墙截面厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，高度与厚度之比大于4时仍属于一般剪力墙。以上规定虽然具体数值不尽相同，但是概念是一致的。不能孤立地根据300mm墙厚来判别短肢剪力墙。如：对高度很高的高层建筑，可按最小厚度不大于350mm，而墙肢高度与厚度之比在4~8之间时，宜按短肢剪力墙设计。（3）墙肢两侧均与弱连梁相连或一端与弱连梁相连（连梁跨高比大于5为弱连梁）、一端为自由端，当剪力墙中虽一个方向的墙肢截面高度与厚度之比为4~8，但另一个方向墙肢的高厚比大于8，不应判定为短肢剪力墙；剪力墙因与较强的连梁相连，也不应判定为短肢墙。
短肢剪力墙的设计：《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.8条、7.2.1条及7.2.2条均做了具体的规定。应当注意的是，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不大于结构底部总地震倾覆力矩的30%，虽不称为具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构，但其结构的最大适用高度宜适当降低，层间位移角、位移比宜适当从严，结构的平、立面布置宜尽可能规则。对结构中的短肢剪力墙构件，应满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条的要求。一字行短肢剪力墙延性及平面外稳定均十分不利，因此规定不宜采用一字形短肢剪力墙，不宜布置单侧楼面梁与之平面外垂直连接或斜交，同时要求短肢剪力墙尽可能设置翼缘。
3结束语
伴随着社会经济的高速发展，建筑高度也越来越大，剪力墙的应用也越来越普遍，提高剪力墙结构的合理性和科学性，完善其结构在整体建筑结构体系中的应用变得十分关键。通过本文的分析，希望可以加深大家对剪力墙结构及其在高层建筑结构中的应用和了解，从而提高高层建筑工程设计水平，进一步提高高层建筑设计的质量。
参考文献：
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]宋高飞.浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].工业,2015(26):143-144.
[3]张维斌.混凝土结构设计相关规范综合应用及疑难问题分析处理[M].第一版.北京.中国建筑工业出版社.2013：284,291-292.

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