高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計分析

1、.高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計分析摘要:鋼筋混凝土剪力墻結構已經(jīng)成為眾多高層結構的主流結構體系，不僅建筑的結構經(jīng)濟性更強，而且在使用時也有更強的實用性。近些年，我國建筑業(yè)取得了飛躍性的發(fā)展，其中針對建筑結構設計的安全性，包括其穩(wěn)定性能均有了明顯的提高。于高層建筑結構設計中，相應的剪力墻結構憑借其剛度大、抗震性較好等優(yōu)勢被廣泛利用?；诖?，本文以剪力墻結構設計與建筑結構設計中的應用為主要內(nèi)容進行了探討，并就其中的問題與有關原則進行了分析。關鍵詞:高層建筑；鋼筋混凝土；剪力墻；結構設計。0 引言對于剪力墻結構，我們能夠將其大概理解為：橫豎方向上的主要承受力的部分完全是結構墻的一種結構。其的作用

2、在于促使形成一種可以準確有效抵抗水平作用的相應結構，此外，又能夠就空間加以有效的分割。該結構主要以鋼筋混凝土墻板來起到梁柱的作用，進而承擔一系列荷載所帶來的內(nèi)力，恰當?shù)木徒Y構水平力加以控制。正是因為如此，剪力墻結構于當代現(xiàn)代高層建筑中被廣泛使用。隨著時代的發(fā)展，人們對建筑的使用提出了更高的要求，高層建筑本身也在建筑工程中發(fā)揮著越來越重要的作用，能夠在很大程度上代表一個城市的形象。隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高，人們對于居住房屋以及其他重要建筑的質量有了更多的需求。如果將鋼筋混凝土剪力墻結構有效地運用于高層建筑的建設過程中，那么自然也就能夠提高建筑的穩(wěn)定性，并有效地保證建筑本身的安全性。文

3、章結合實際的情況，就高層建筑內(nèi)部鋼筋混凝土剪力墻結構的設計進行分析。1 剪力墻結構的基本概述1.1 剪力墻結構概念剪力墻結構又被稱為抗風墻、抗震墻或者結構墻，是一種剪力墻體，它實際厚度較小，但建設規(guī)模較大，主要采用鋼筋混凝土板來代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架中的梁柱，承載外界的各種壓力，自身所具備的承受能力較高，與柱子的受力程度不相上下，并能夠控制結構的水平力。剪力墻結構是建筑物主要的支撐結構，不能被拆除或無法被輕易破壞，承受的壓力主要是外界風力或地震等自然災害引起的水平荷載，抵抗來自外界的破壞，在一定程度上提升建筑的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)墻體表面上的洞口數(shù)量及大小情況，我們一般把剪力墻化為雙肢或多肢型剪力墻、壁

4、式框架剪力墻等類型。1.2 剪力墻結構的優(yōu)點剪力墻的結構自身具有抵抗性高、經(jīng)濟性良好、外表優(yōu)美這些三大優(yōu)勢。抵抗性高是指剪力墻結構擁有相對較大的剛度，承受力較高，能夠抵擋住來自外界的各種荷載，尤其是水平荷載，支撐效果良好。它的存在極大地提高了建筑物的穩(wěn)定性，這也是剪力墻結構最為重要的作用。良好的經(jīng)濟性意味著剪力墻結構采用混凝土澆筑，減少了鋼材用量，在很大程度上節(jié)約了成本。這一優(yōu)勢對很多施工單位有較強的吸引力，這也是它能被廣泛應用得原因之一。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們越來越重視生活質量，建筑不僅要求安全可靠，而且要求美觀舒適。然而由于剪力墻結構的出現(xiàn)，人們的需求被很好得滿足了。剪力墻結構將建筑物內(nèi)部的

5、分隔墻與承重墻完美的結合在一起，尤其是隔斷墻的結構設計，在一定程度上增加了建筑物內(nèi)部空間，不但增加了使用功能，而且美觀舒適。2 剪力墻結構設計原則根據(jù)設計規(guī)X更改地板位移與地板高度之比的原則。因此，在剪力墻結構設計中，應根據(jù)樓層數(shù)量、樓層高度和樓層最大位移比調(diào)整樓板高度，以減少建筑物的變形；根據(jù)設計規(guī)X更改剪力墻跨度和高度比例原則。根據(jù)不同的建筑性能進行合理的調(diào)整，并根據(jù)不同的跨高比進行合理的設計，以確保剪力墻結構的良好性能。樓板間最小剪切系數(shù)原則;在建筑結構設計中，采用數(shù)字化方法計算建筑物受力，提高建筑物的抗震、抗側力和承載能力，控制剪力墻與樓板之間的剪切系數(shù)，有效地減輕建筑物本身的重量，從

6、而降低施工難度，降低施工成本。3 剪力墻結構的受力特點剪力墻的結構本身是由一系列的縱向剪力墻、橫向剪力墻和樓蓋所共同組成的一類空間結構，這樣一類剪力墻結構本身也是廣大建筑中最常見的結構形式。由于縱向和橫向的剪力墻在使用的平面內(nèi)部都會表現(xiàn)出較強的剛度，所以在水平的方向也會承受較小的移動。從實際使用的情況來看，剪力墻本身的抗震和抗風的性能都較強，對承載力的要求也較高。所以，這種技術一般應用于高層建筑的建造中，下圖具體顯示了高層建筑內(nèi)部剪力墻結構的樣式可以看出，整個剪力墻結構顯得較為緊湊。4 結構形式特點4.1 整體特點雖然建筑物的總高度很高，但由于建筑物需要日照，建筑物的深度幾乎與普通建筑物相同，

7、因此，高層建筑具有較大的高寬比、較大的受力、較大的變形和較大的次應力。另外，高層建筑中溫度、收縮、X變等對一般建筑影響不大的因素也會產(chǎn)生一定的影響，在設計階段應注意這些特點。4.2 排列特點剪切壁通常根據(jù)剪切壁上的開口的大小，數(shù)量和布置進行分類。它可以大致分為整體壁和接縫壁。整個墻體像垂直懸臂結構一樣受力。當剪力墻的壁肢較長時，施加力后法向應力呈線性分布。墻肢的末端。為了防止剪切破壞，提高底部截面的內(nèi)力，應適當增加配筋率。整體墻又可細分為小開口整體墻和山墻。剪力墻有一排或多排孔洞，孔洞尺寸較大，此時剪力墻的受力相當于孔洞之間連梁連接的一系列墻腿。一般情況下，耦合梁的剛度小于墻肢的剛度，墻肢作用

8、明顯，耦合梁中間存在一個反彎點。4.3 框架結構特點在拼合墻中，如果將孔的開口做大，則墻的剛度會變?nèi)?，而耦合梁的剛度會變強，剪力墻的應力特性會接近框架。因為剪力墻的厚度比框架結構的寬度梁柱要小，所以稱為墻框架。在內(nèi)力的作用下，許多墻肢出現(xiàn)反彎點，此時墻的受力類似于框架，在結構設計時，應按照框架結構予以考慮。5 剪力墻結構設計的原則5.1 尺寸設計原則剪力墻的厚度一般比較小，而高和寬的尺寸卻比較大，受力形態(tài)接近于柱體1。但是，它與立柱之間存在一些差異，主要在于剪力墻肢的長度與厚度之比。當該比率小于或等于3時，可以根據(jù)該列進行設計。要被視為異形柱，需要將其設計為雙向壓縮構件。5.2剪力墻的主要特點

9、在同一平面內(nèi)，剪力墻的荷載力和剛度較大，而平面外的荷載力和剛度較小。因此，必須注意不要躺在飛機的外側。如果無法避免，則必須根據(jù)相關規(guī)定采取相應措施，以確保平面外剪力墻的安全。5.3 結構設計原則在剪力墻的結構設計中，剪力墻屬于平面構件。除了沿平面作用的水平剪切力和彎矩外，還需要承受垂直壓力。因為它在多力組合狀態(tài)下工作，所以除了滿足剛度要求外，還需要滿足非彈性變形下的延展性。5.4墻體設計墻體設計主要是計算整個結構在水平和豎向作用下的內(nèi)力。計算內(nèi)力后，根據(jù)偏心受拉或偏心受壓計算剪力和法向截面荷載力。6 結構布置6.1 平面布置剪力墻的平面布置簡單、規(guī)則，比較適合沿著兩個主軸方向或者其他方向雙向布

10、置，兩個方向上面的抗側移剛度不應該相差過大。在抗震設計時，不應該采納僅僅是單方向上有墻體的結構布置形式。6.2 單片剪力墻的長度。單肢剪力墻長度不宜過大。如果剪力墻很長且剛度很高，則會使結構的周期過短，并且地震力過大且不經(jīng)濟。剪力墻應該是高而薄的，如果剪力墻過長，就會形成低寬剪力墻，它很容易發(fā)生剪切破壞，剪力墻是脆性的，不利于抗震。因此，當同一軸線上的連續(xù)剪力墻過長時，應采用地板或小耦合梁將其分成幾個墻段，每個墻段的高寬比應不小于2。每個壁段可以是一個單壁、一個小開口壁或一個接合壁。每個墻肢的寬度不應大于8m，以確保墻肢受彎曲承載力的控制，并充分發(fā)揮豎向分布筋的作用。在計算內(nèi)力時，不考慮墻段之

11、間的板或弱耦聯(lián)梁，每一墻段按獨立剪力墻計算。6.3 剪力墻的門窗洞口剪力墻門窗洞口應對齊，形成明顯的墻腳和連梁，成立柱布局。如果由于設計限制而不能列出，應在結構設計中使用有限元分析，并加固相應的孔洞。7 剪力墻結構件延展性設計當結構構件在與纖維屈服點相反的位置出現(xiàn)而不發(fā)生斷裂時，將此點位置視為塑性鉸。這樣的構件成為兩個構件加一個塑性鉸，塑性鉸兩側的構件可輕微轉動。為了使懸臂剪力墻具有一定的延展性，需要控制塑料鉸鏈在適當位置的外觀。改善塑料鉸鏈區(qū)域的剪力增強結構，控制斜向裂縫，并在彎曲下發(fā)揮拉伸增強的延展性。懸臂剪力墻的塑料鉸鏈通常出現(xiàn)在底部。此處應對剪力墻進行加固，加固X圍應不小于剪力墻總高度

12、的1/8。當鋼筋的總量保持不變時，適當?shù)卦黾佣瞬夸摻畈p少鋼筋的分布可以改善承載能力和延展性。8 結構設計和施工中常見問題8.1 增強連梁強度。在建筑設計過程在經(jīng)常會遇到連梁抗剪承載力不足這個問題。如果設計不能夠滿足強剪弱彎的設計要求的時候，就會發(fā)生彎曲故障。為了解決這一問題，除了在施工中采取措施提高混凝土強度外，還可以積極調(diào)整結構布置，使水平荷載分布合理另外，為提高耦合梁的抗剪承載力，當耦合梁的破壞對豎向荷載無明顯影響時，可認為地震作用下節(jié)理墻的耦合梁無效，應根據(jù)地震荷載進行二次力分析。獨立的墻肢。墻肢應使用較大的內(nèi)力進行兩次加固。8.2 轉角窗的結構設計。拐角窗在結構的拐角處具有拐角開口，

13、這對主體結構的扭轉阻力具有更大的影響。在設計過程中，可在樓房的板內(nèi)設置暗梁，提高樓房整體的抵抗力;加強箍筋；鋼板加固采用雙向雙面設計加強窗臺上連接梁的加固。8.3 施工中采取措施減小約束力對剪力墻的影響。如果不對結構或構件進行約束，混凝土材料在施工過程中的溫度應力和收縮應力會自由變形，不會產(chǎn)生裂縫。但是，實際工程中剪力墻的結構部件受到各種約束的影響，例如樓板，隱式柱（或直立柱）和剪力墻的端壁，而地下室側壁受到以下約束地下室的天花板和地板。這些約束使得剪力墻結構構件不能自由變形或與受約束構件的變形不同步（或不協(xié)調(diào)），從而導致裂縫。為了解決上述問題，除了在施工過程中注意混凝土的養(yǎng)護和配比外，還可以

14、在剪力墻中增加“結構孔”。這可能是最有效的方法，通過開放長墻進入短墻，減少混凝土收縮變形的約束，使混凝土收縮應力得到釋放，從而達到控制墻體裂縫的目的，但有必要對結構進行重新計算，以確保結構的安全和正常功能。在剪力墻的中間設置一個黑光束（或在頂部設置一個黑圈光束）。這種穿透性裂縫只能裂到梁底，而不能裂到樓板底部，可以有效地縮短有害裂縫的長度。水平配筋調(diào)整方案。將剪力墻的水平鋼筋放置在豎向鋼筋之外可有效地減小混凝土保護層的厚度，并增強剪力墻表面混凝土的抗裂性。增加抗收縮鋼筋。根據(jù)鋼筋細密的原則，增加了水平配筋率，減小了鋼筋直徑，減小了鋼筋間距。另外，在約束剪力墻的結構構件的節(jié)點處加入鋼筋也可以抑制

15、裂縫的產(chǎn)生。混凝土施工中的擋土后澆帶。也就是說，先澆筑帶材兩側的混凝土，兩個月左右混凝土收縮變形趨于穩(wěn)定時，再澆筑接縫，避免因收縮應力產(chǎn)生裂縫。9 高層建筑中剪力墻結構設計方案剪力墻結構具有很強的整體性，較大的側向剛度以及對側向力的良好抵抗力。在設計過程中，需要完成以下幾個方面：9.1 合理的控制剪力墻結構參數(shù)在設計高層剪力墻結構時，有必要合理地控制各種參數(shù)，在有效X圍內(nèi)控制高層建筑的各種荷載，合理設計結構參數(shù)，確保位移比設計的合理性。，橫向剛度比和周期比。確保高層建筑不會受到扭曲和偏心力的作用。9.2 剪力墻的截面厚度設計剪力墻截面中最小厚度一般是用于維持剪力墻平面的穩(wěn)定，不會出現(xiàn)安全問題。

16、如果剪力墻和墻體平面相交，處在平面外時交叉處可用作剪力墻支撐，能夠很好地保持平面外的剛度與穩(wěn)定性?？拐鹪O計時，地震力會影響到底部加強區(qū)剪力墻截面，截面厚度至少在18cm以上，在非抗震設計時，截面厚度至少16cm。9.3剪力墻結構的開洞構造設計為維持剪力墻結構截面中承載力，需要補強鋼筋切斷集中位置的洞口，同時鋼筋直徑要在 12mm 以上。當剪力墻的截面高度較大，截面高度在 8m 以上時可開結構洞，再進行堵砌，劃分一道剪力墻為幾種較均勻的墻肢。各墻肢可以是整體墻、聯(lián)肢墻，各墻肢高度和寬度比值至少大于 2。設置門窗洞口時，防止形成薄弱短肢墻，獨立墻段總高度與其截面高度之比（高寬比）寬度不宜小于3，從

17、研究情況看，該薄弱短肢墻受地震影響，會較早產(chǎn)生破壞，即便強化縱向配筋與箍筋也是會出現(xiàn)，錯洞墻與疊合錯洞墻更為不利。9.4 剪力墻結構的連梁設計連梁的共同特點是大截面、小跨徑。高層建筑受水平力的影響。通常，耦合梁中的內(nèi)力相對較大。關節(jié)壁受到水平力的影響，分為兩種類型的損壞，一種是脆性破壞，另一種是延性破壞。脆性破壞也可以發(fā)生在兩個方面。一方面，脆性破壞出現(xiàn)在墻肢部位，因為墻肢中抗剪能力不大，從而發(fā)生剪切破壞的情況，這就使得剪力墻承受更小的承載力，但結構發(fā)生突然坍塌，這是設計過程中不允許出現(xiàn)的問題。以防止剪力墻的剪切破壞。在第二種情況下，如果連梁發(fā)生剪切破壞，連梁的所有構件都不能約束構件。所有的耦

18、合梁都受到剪切破壞，關節(jié)墻的四肢變成了一個獨立的壁，這使得結構的橫向剛度越來越小，從而導致四肢的彎矩更大。而第二種情況相較之下，如果連梁發(fā)生剪切損壞，結構還能夠承載；但是，如果連梁不承受較大的豎向荷載，則在墻體破壞前不會發(fā)生倒塌。9.7 對墻身設計環(huán)節(jié)的優(yōu)化在剪力墻結構的設計中，需要對墻體進行優(yōu)化，以增強建筑結構的整體抗震性能。在優(yōu)化過程中，有必要協(xié)調(diào)鋼筋的間距和直徑，以確保結構中的水平鋼筋和垂直鋼筋相應地匹配，以及斜截面和法向截面的抗剪承載力和抗彎承載力。有效地結合在一起。合理布置隱蔽柱和端柱，以進一步改善不同地震等級的結構設計，以確保整體提高建筑結構的穩(wěn)定性。10 結語剪力墻布置的合理性對整個結構的受力特征都有影響，在結構的抗震性能及穩(wěn)定性都有著非常重要的用處。所以我們應該對于剪力墻進行合理的布置，如果剪力墻的布置過少，結構的剛度不能使框架承受更多的水平方向的內(nèi)力，從而使得建筑物的側向位移增大，進而影響到了整個建筑的穩(wěn)定性; 另一方面，如果剪力墻布置