探析高层建筑剪力墙结构设计的措施
摘要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，已被广泛应用。本文从剪力墙结构的基本概况入手，结合设计实践经验对剪力墙的结构特点以及设计措施进行阐述与分析，并指出了在高层剪力墙结构设计过程中应注意的问题。
关键词：剪力墙结构;高层建筑;结构优化
1、剪力墙结构特点分析
剪力墙结构是高层建筑中常采用的一种结构形式，其截面刚度大而厚度较小，剪力墙结构具有承载力大、平面刚度大等优点。其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置，缺点是剪切变形相对较大、平面外较为薄弱。
为了抵抗各个方向的水平力，剪力墙宜沿主轴方向布置。对于一般的矩形、L形、T形等平面宜沿两个主轴方向布置;对三角形、Y形平面宜沿三个轴线方向布置;对于正多边形、圆形及弧形平面可沿径向和环向布置。同时应避免仅单向有墙的结构布置方式，并宜使两个方向抗侧刚度相近。
剪力墙结构刚度很大，但刚度大小历来争议较多，通过历次震害表明，刚度较大的结构一般震害较轻，可是结构刚度不能无限增大，因为一般情况下，建筑物刚度越大，工程造价越高，这里有个“度”的问题，对于高层建筑，控制这个度主要有两个因素，一个是控制结构的水平位移，应使结构水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—20l0中有关结构水平位移的限值，另一个是控制地震力，因为在地震力计算值偏小的情况下，有时也会出现结构顶点位移满足要求、构件为构造配筋的安全假象，所以只有剪力在合理范围内，检查位移、内力及配筋情况才有意义，在结构设计中为了合理布置剪力墙，其底部剪力系数a=底部剪力，结构自重，并控制在表一所列范围较合适。
在高层剪力墙结构设计中，既要发挥它具有足够的抗侧能力等优点，又要改进其工程费用较高的缺点，因此优化设计成了必不可少的手段。根据工程实践经验，笔者浅析剪力墙结构优化设计方案。
2、工程设计实例
某工程位于江苏省海门市：工程设计使用年限5O年;抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为III类;特征周期0.45s，剪力墙抗震等级为三级。
小区共12栋3O一32层高层住宅楼，建筑高度为88.5 na一91.3m，地下一层为连通汽车库及设备用房的人防地下室，主楼地面以上首层为商铺，层高4.5m，二层以上为层高2.8m的住宅。
业主要求控制用钢量地面以上不大于65kg/m2,经比较，12栋高层住宅均采用钢筋混凝土剪力墙结构。所有剪力墙均直接落地，主楼标准层结构平面见图一。
2. 1结构体系及特点由于本工程建筑高宽比略大于高规要求的6度区A级高度剪力墙结构高宽比限值6，表明结构宽度方向刚度较薄弱采用剪力墙结构体系很有必要，因此剪力墙的布置应注意结构宽度增强结构宽度方向的抗侧刚度，整体计算应注意结构宽度方向的刚度、位移、稳定性等指标满足高规的要求。剪力墙基本按开间布置，电梯井中部隔墙采用砌块填充墙。剪力墙厚度六层以下取250mm，以上去200mm，建筑高度大于80m，抗震等级为三级。整体计算的结构振动特性及抗震性能指标及该工程混凝土标号分别见表二。注：Y方向风荷载作用下，最大值层间位移角：1/1 108;X方向风荷载作用下，最大值层间位移：1/1896;且均小于高规的限值1/1000。
2.2优化设计措施剪力墙的延性设计，弱化剪力墙和连梁刚度，对于连梁工程中应用的大多数都是采用普通的受弯纵向钢筋和抗剪箍筋，它的延性较差;而采用斜向交叉配筋的连梁延性较好，但是受到条件的'限制而应用较少。控制剪力墙的墙肢长度，把长墙分割成开动(结构洞或门窗洞)连肢墙，洞顶设置跨高比大于等于5的弱连梁，结构洞及窗台用砌体砌筑，弱化后的剪力墙及连梁具有较轻的自重、更大的延性和抗震耗能能力，钢筋用量也较小。
优化结构设计，使结构受力均衡，相关措施应用得当，结构整体安全可靠度好，任何结构都能同时发挥其最大作用，这样设计的结构就能达到既经济又合理的目的。从结构设计整体布局来看，在水平荷载作用下，剪力墙边缘构件的配筋往往是构造配筋。而边缘构件断面的确定与剪力墙的布置有很大的关系，因此，本工程首先调整剪力墙的布置，使之尽可能的对称，这样既节省了造价，又增加了结构的安全性。
为了节省工程造价，根据以往工程经验，同时考虑地方的相关技术措施，该工程含钢量控制见表3。
本工程含钢量控制为了进一步控制用钢量，采取了梁箍筋及纵筋采用3级钢、减轻填充墙荷载，建筑中的次要部位如：阳台栏杆和女儿墙采用砖砌块砌筑，减小这些构件钢筋用量等优化措施。通过以上几点措施，本工程能很好的控制用钢量。
对于本工程的适用性，建筑功能上以住宅为主，建筑平面较规则对称、地下车库的双车环道不穿过高层主楼底部，预期用钢量为6ok咖2左右的高层住宅楼盘，可选择本实例的剪力墙结构体系，并应对剪力墙进行合理布置及延性设计，可明显减少剪力墙的用钢量。
3、剪力墙结构优化设计注意事项
在建筑的方案阶段结构应该提早介入，这一步骤十分必要。因为很多建筑设计人员对结构的概念很模糊，有时设计出来的建筑，结构处理起来很麻烦很容易引起工程造价的偏高;因此结构应在早期介入，配合建筑完成相关设计。
设计过程应有一套严格的管理制度。设计过程中必须控制好的关键环节，严格按照设计流程做好精细化设计。
如果条件允许，设计过程中适时、适当的引入外部资源。聘请专业化的设计顾问公司，全程进行工程设计的管理和结构成本的控制，将会起到很好的效果。好的结构设计不仅能给甲方降低工程成本，更可以给甲方带来其他额外的价值。当建筑方案完成后，结构的选型和布置也存在优化与否的问题，建筑体型都有其最规则和最经济的结构方案，因此真正的优化应该是结构设计的全过程，需要各个专业配合，如剪力墙的设置位置，框架梁柱的结构布置、是否采用轻质建筑墙体材料和轻质隔断与水电专业配合适当减小板厚、与建筑专业配合减小墙、梁、柱截面等;应重视非结构构件的优化设计。
在结构设计中优化的目的是降低整个工程的造价，但绝对不是降低结构的安全储备，而是保证结构符合现有的各种规范及相关措施的精神前提下，做到经济合理。
4、结语
在建筑工程的设计过程中，要发挥剪力墙结构体系的刚度大、抗震性能好等优点。针对在实际设计过程中的诸多因素，对剪力墙结构的设计问题进行探讨和研究。从而使结构设计人员在以后的高层建筑剪力墙结构设计时能做到既安全又经济。
参考文献：
[1]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析口vq北京：中国建筑工业出版社
[2]建筑抗震设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社.
[3]高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社
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