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摘要：本文作者阐述了高层建筑剪力墙的特点以及分类，介绍了高层剪力墙的布置原则，探讨了高层建筑的剪力墙的抗震设计。
关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计；分析
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：
为了适应人们对生活水平提出的更高的要求,也为了适应经济发展的步伐,更多的高层建筑出现在各个城市中。人们在享受高层建筑所带来的益处的同时,也面临了新的问题。就是高层建筑的承重问题。于是越来越多的剪力墙结构被广泛的应用在高层建筑中。但是剪力墙的设计也有一定的原则和注意事项。本文已经针对这些问题作了简要的论述,希望设计师们在以后的设计中要特别注意,设计出更加合理优化的高层建筑。
1 高层建筑剪力墙的特点以及分类
剪力墙是一种用来抵抗侧向力的比较好的单元,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。剪力墙根据是不是开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型：
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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。
1.4 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放生突变,而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。
2 高层剪力墙的布置原则
2.1 在设计剪力墙的时候,最好沿主轴的方向多向或者双向布置,在不同方向的剪力墙最好联结在一起,要注意尽量避免对直或者拉通;在进行抗震设计的时候,要使两个方向的侧向刚度相接近,而剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单。在高层建筑的剪力墙结构中,剪力墙要沿主轴的方向或者其他的方向进行双向的布置;尤其是在抗震设计中,要避免出现仅仅单方向有墙的设计形式,这样才能让其有比较好的空间工作性能,而且可以使双向的抗侧力的刚度比较接近。剪力墙在分布上要均匀,数量要适当。剪力墙在配置比较少的时候,结构的抗侧力的刚度会不够;如果剪力墙的配置过多的时候,墙体会得不到充分额利用,抗侧力的刚度过大,这样会导致地震力变大,自身的重力变大,也没有益处。
2.2 剪力墙在布置设计上不能太密集,要使整个结构具有合适的侧向的刚度,如果侧向刚度比较大的话,不仅会加大墙体本身的重量,还会使其在地震中所受的地震力变大,容易发生倒塌事件。
2.3 剪力墙在竖直方向要从下到上做连续的布置,避免发生刚度的突变情况。在高层建筑中,剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单,剪力墙在竖直方向的刚度要均匀,剪力墙的门窗或者洞口要形成明确的墙肢和连接梁。要避免墙肢出现刚度相差悬殊的洞孔设计,在进行抗震设计的时候,一级、二级和三级抗震等级的剪力墙都不能采用叠合的错洞墙。
2.4 如果剪力墙的长度比较大的时候,可以通过开设洞口的方式来把墙分成几个均匀的独立的墙体,每一段墙体的长度不能大于8m。
2.5 剪力墙的洞口或者门窗要上下对齐,不能错位,成列布置。要避免使用叠合的错洞墙或者错洞墙,这样都会影响剪力墙的承重能力,容易发生应力变形。
2.6 在剪力墙和平面以外的方向的梁体连结的地方,要加强剪力墙平面之外的抗弯的刚度以及承载力,可以采取在墙内设置一些暗柱、扶壁柱或者和梁相互连接的型钢等措施,也可以用减小梁端的弯矩的措施来达到加强承载力和抗弯能力的目的。例如:可以设计成铰接或者是半刚接的形式。
2.7 短肢剪力墙指的是墙肢的截面的长度和厚度的比值在5～8之间的剪力墙,在高层建筑中,不能全部都采用短肢剪力墙的设计结构。短肢剪力墙的结构的最大的使用高度要适当的有所降低。
3 高层建筑的剪力墙的抗震设计
高层建筑中,剪力墙是主要的抗震结构,因为剪力墙的水平方向的刚度比较大,所以特别容易满足小震作用下的结构,尤其是高层结构中的侧向位移的限制。但是,对于建筑物的刚度的大小,历来都有很多的争议。对于钢筋混凝土的剪力墙的结构,通过一些地震灾害的事实表明,刚度比较大的结构通常灾害要小一些。但是,结构刚度并不能没有限制的增加,因为在通常的情况下,建筑物的刚度如果越大,承受地震力的水平也会随着变大,那么工程的费用也就变高了,这里就需要掌握好一个尺度的问题。针对高层建筑,控制这个标准的要素主要有两个。
3.1 控制结构上的水平位移。首先应该使结构的水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中的有关结构水平的位移的限值的规定。
3.2 控制地震力。在地震力的计算值比较小的情况下,有的时候也会出现结构的顶点位移满足要求的一些假象,所以,只有底部的剪力在合理的要求的范围内,对位移和内力以及配筋的情况做检查才有意義,规范规定的剪力墙的结构的底部的剪力系数的范围可以防止剪力过小。
严格控制以上两个因素,就是对剪力墙的合理布置的有效控制。这些内容在《高规》中并没有明确的规定,但是工程师出于结构的安全、设计的方便、设计周期的缩短等考虑,往往把结构设计的比较保守,在一定程度上没有充分的发挥材料的性能,在造价上造成了一定的浪费。所以,深入的开展对剪力墙的结构的设计的研究是非常有现实意义的。
4 结束语
我国虽然面积辽阔,但人口众多,人均占地在世界排名中比较落后。近年来,随着经济的稳步发展,人们对建筑业提出了更高的要求。主要体现在对建筑高度和外观的要求上。大部分高层建筑都是商住两用的结构设计,所以一到三层的空间要大一些,承重墙主要是靠一些比较大的柱体结构,而上面的居住层则在结构上要紧密一些。这样的结构特点使得高层建筑在承重方面设计起来比较困难,为了解决这个问题,剪力墙被更多的应用在高层建筑中。剪力墙是一种比较好的抵抗侧向力的单元,它可以组成完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构,也可以和框架共同组成框架-剪力墙的结构。总之,对小高层建筑设计一般力求合理性与经济性,建筑设计中要合理把握关键部位及次要部分,这也是小高层建筑设计中需要努力改进的方向。
参考文献：
[1] 胡景云.论剪力墙结构优化设计[J].建材世界,2011，(02).
[2] 孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑,2010，(24).
[3] 郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].建材技术与应用,2011，(01).
[4] 苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播,2010，(19).
[5] 葛勇.对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J].建材与装饰(中旬刊),2008，(05).
[6] 宋庆军,张海军.剪力墙设计中的几个问题[J].华章,2010，(23).
[7] 施晓.钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构在小高层住宅设计中的应用[J].铁道标准设计,2012,(01).
关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计；分析
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：
为了适应人们对生活水平提出的更高的要求,也为了适应经济发展的步伐,更多的高层建筑出现在各个城市中。人们在享受高层建筑所带来的益处的同时,也面临了新的问题。就是高层建筑的承重问题。于是越来越多的剪力墙结构被广泛的应用在高层建筑中。但是剪力墙的设计也有一定的原则和注意事项。本文已经针对这些问题作了简要的论述,希望设计师们在以后的设计中要特别注意,设计出更加合理优化的高层建筑。
1 高层建筑剪力墙的特点以及分类
剪力墙是一种用来抵抗侧向力的比较好的单元,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。剪力墙根据是不是开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型：
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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。
1.4 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放生突变,而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。
2 高层剪力墙的布置原则
2.1 在设计剪力墙的时候,最好沿主轴的方向多向或者双向布置,在不同方向的剪力墙最好联结在一起,要注意尽量避免对直或者拉通;在进行抗震设计的时候,要使两个方向的侧向刚度相接近,而剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单。在高层建筑的剪力墙结构中,剪力墙要沿主轴的方向或者其他的方向进行双向的布置;尤其是在抗震设计中,要避免出现仅仅单方向有墙的设计形式,这样才能让其有比较好的空间工作性能,而且可以使双向的抗侧力的刚度比较接近。剪力墙在分布上要均匀,数量要适当。剪力墙在配置比较少的时候,结构的抗侧力的刚度会不够;如果剪力墙的配置过多的时候,墙体会得不到充分额利用,抗侧力的刚度过大,这样会导致地震力变大,自身的重力变大,也没有益处。
2.2 剪力墙在布置设计上不能太密集,要使整个结构具有合适的侧向的刚度,如果侧向刚度比较大的话,不仅会加大墙体本身的重量,还会使其在地震中所受的地震力变大,容易发生倒塌事件。
2.3 剪力墙在竖直方向要从下到上做连续的布置,避免发生刚度的突变情况。在高层建筑中,剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单,剪力墙在竖直方向的刚度要均匀,剪力墙的门窗或者洞口要形成明确的墙肢和连接梁。要避免墙肢出现刚度相差悬殊的洞孔设计,在进行抗震设计的时候,一级、二级和三级抗震等级的剪力墙都不能采用叠合的错洞墙。
2.4 如果剪力墙的长度比较大的时候,可以通过开设洞口的方式来把墙分成几个均匀的独立的墙体,每一段墙体的长度不能大于8m。
2.5 剪力墙的洞口或者门窗要上下对齐,不能错位,成列布置。要避免使用叠合的错洞墙或者错洞墙,这样都会影响剪力墙的承重能力,容易发生应力变形。
2.6 在剪力墙和平面以外的方向的梁体连结的地方,要加强剪力墙平面之外的抗弯的刚度以及承载力,可以采取在墙内设置一些暗柱、扶壁柱或者和梁相互连接的型钢等措施,也可以用减小梁端的弯矩的措施来达到加强承载力和抗弯能力的目的。例如:可以设计成铰接或者是半刚接的形式。
2.7 短肢剪力墙指的是墙肢的截面的长度和厚度的比值在5～8之间的剪力墙,在高层建筑中,不能全部都采用短肢剪力墙的设计结构。短肢剪力墙的结构的最大的使用高度要适当的有所降低。
3 高层建筑的剪力墙的抗震设计
高层建筑中,剪力墙是主要的抗震结构,因为剪力墙的水平方向的刚度比较大,所以特别容易满足小震作用下的结构,尤其是高层结构中的侧向位移的限制。但是,对于建筑物的刚度的大小,历来都有很多的争议。对于钢筋混凝土的剪力墙的结构,通过一些地震灾害的事实表明,刚度比较大的结构通常灾害要小一些。但是,结构刚度并不能没有限制的增加,因为在通常的情况下,建筑物的刚度如果越大,承受地震力的水平也会随着变大,那么工程的费用也就变高了,这里就需要掌握好一个尺度的问题。针对高层建筑,控制这个标准的要素主要有两个。
3.1 控制结构上的水平位移。首先应该使结构的水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中的有关结构水平的位移的限值的规定。
3.2 控制地震力。在地震力的计算值比较小的情况下,有的时候也会出现结构的顶点位移满足要求的一些假象,所以,只有底部的剪力在合理的要求的范围内,对位移和内力以及配筋的情况做检查才有意義,规范规定的剪力墙的结构的底部的剪力系数的范围可以防止剪力过小。
严格控制以上两个因素,就是对剪力墙的合理布置的有效控制。这些内容在《高规》中并没有明确的规定,但是工程师出于结构的安全、设计的方便、设计周期的缩短等考虑,往往把结构设计的比较保守,在一定程度上没有充分的发挥材料的性能,在造价上造成了一定的浪费。所以,深入的开展对剪力墙的结构的设计的研究是非常有现实意义的。
4 结束语
我国虽然面积辽阔,但人口众多,人均占地在世界排名中比较落后。近年来,随着经济的稳步发展,人们对建筑业提出了更高的要求。主要体现在对建筑高度和外观的要求上。大部分高层建筑都是商住两用的结构设计,所以一到三层的空间要大一些,承重墙主要是靠一些比较大的柱体结构,而上面的居住层则在结构上要紧密一些。这样的结构特点使得高层建筑在承重方面设计起来比较困难,为了解决这个问题,剪力墙被更多的应用在高层建筑中。剪力墙是一种比较好的抵抗侧向力的单元,它可以组成完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构,也可以和框架共同组成框架-剪力墙的结构。总之,对小高层建筑设计一般力求合理性与经济性,建筑设计中要合理把握关键部位及次要部分,这也是小高层建筑设计中需要努力改进的方向。
参考文献：
[1] 胡景云.论剪力墙结构优化设计[J].建材世界,2011，(02).
[2] 孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑,2010，(24).
[3] 郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].建材技术与应用,2011，(01).
[4] 苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播,2010，(19).
[5] 葛勇.对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J].建材与装饰(中旬刊),2008，(05).
[6] 宋庆军,张海军.剪力墙设计中的几个问题[J].华章,2010，(23).
[7] 施晓.钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构在小高层住宅设计中的应用[J].铁道标准设计,2012,(01).