高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

1、.高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析摘要:鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為眾多高層結(jié)構(gòu)的主流結(jié)構(gòu)體系，不僅建筑的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，而且在使用時(shí)也有更強(qiáng)的實(shí)用性。近些年，我國(guó)建筑業(yè)取得了飛躍性的發(fā)展，其中針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)憑借其剛度大、抗震性較好等優(yōu)勢(shì)被廣泛利用?；诖耍疚囊约袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為主要內(nèi)容進(jìn)行了探討，并就其中的問(wèn)題與有關(guān)原則進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:高層建筑；鋼筋混凝土；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。0 引言對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，我們能夠?qū)⑵浯蟾爬斫鉃椋簷M豎方向上的主要承受力的部分完全是結(jié)構(gòu)墻的一種結(jié)構(gòu)。其的作用

2、在于促使形成一種可以準(zhǔn)確有效抵抗水平作用的相應(yīng)結(jié)構(gòu)，此外，又能夠就空間加以有效的分割。該結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土墻板來(lái)起到梁柱的作用，進(jìn)而承擔(dān)一系列荷載所帶來(lái)的內(nèi)力，恰當(dāng)?shù)木徒Y(jié)構(gòu)水平力加以控制。正是因?yàn)槿绱?，剪力墻結(jié)構(gòu)于當(dāng)代現(xiàn)代高層建筑中被廣泛使用。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)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(lái)越重要的作用，能夠在很大程度上代表一個(gè)城市的形象。隨著社會(huì)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，人們對(duì)于居住房屋以及其他重要建筑的質(zhì)量有了更多的需求。如果將鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)有效地運(yùn)用于高層建筑的建設(shè)過(guò)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(jié)合實(shí)際的情況，就高層建筑內(nèi)部鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概述1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)概念剪力墻結(jié)構(gòu)又被稱為抗風(fēng)墻、抗震墻或者結(jié)構(gòu)墻，是一種剪力墻體，它實(shí)際厚度較小，但建設(shè)規(guī)模較大，主要采用鋼筋混凝土板來(lái)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(jié)構(gòu)的水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑物主要的支撐結(jié)構(gòu)，不能被拆除或無(wú)法被輕易破壞，承受的壓力主要是外界風(fēng)力或地震等自然災(zāi)害引起的水平荷載，抵抗來(lái)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(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)剪力墻的結(jié)構(gòu)自身具有抵抗性高、經(jīng)濟(jì)性良好、外表優(yōu)美這些三大優(yōu)勢(shì)。抵抗性高是指剪力墻結(jié)構(gòu)擁有相對(duì)較大的剛度，承受力較高，能夠抵擋住來(lái)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(jié)構(gòu)最為重要的作用。良好的經(jīng)濟(jì)性意味著剪力墻結(jié)構(gòu)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(shì)對(duì)很多施工單位有較強(qiáng)的吸引力，這也是它能被廣泛應(yīng)用得原因之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視生活質(zhì)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(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，人們的需求被很好得滿足了。剪力墻結(jié)構(gòu)將建筑物內(nèi)部的

5、分隔墻與承重墻完美的結(jié)合在一起，尤其是隔斷墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則根據(jù)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)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(shè)計(jì)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(jìn)行合理的調(diào)整，并根據(jù)不同的跨高比進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以確保剪力墻結(jié)構(gòu)的良好性能。樓板間最小剪切系數(shù)原則;在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用數(shù)字化方法計(jì)算建筑物受力，提高建筑物的抗震、抗側(cè)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(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)剪力墻的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，這樣一類剪力墻結(jié)構(gòu)本身也是廣大建筑中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式。由于縱向和橫向的剪力墻在使用的平面內(nèi)部都會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的剛度，所以在水平的方向也會(huì)承受較小的移動(dòng)。從實(shí)際使用的情況來(lái)看，剪力墻本身的抗震和抗風(fēng)的性能都較強(qiáng)，對(duì)承載力的要求也較高。所以，這種技術(shù)一般應(yīng)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(jié)構(gòu)的樣式可以看出，整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)顯得較為緊湊。4 結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)4.1 整體特點(diǎn)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(yīng)力。另外，高層建筑中溫度、收縮、X變等對(duì)一般建筑影響不大的因素也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意這些特點(diǎn)。4.2 排列特點(diǎn)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(jìn)行分類。它可以大致分為整體壁和接縫壁。整個(gè)墻體像垂直懸臂結(jié)構(gòu)一樣受力。當(dāng)剪力墻的壁肢較長(zhǎng)時(shí)，施加力后法向應(yīng)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(yīng)適當(dāng)增加配筋率。整體墻又可細(xì)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(shí)剪力墻的受力相當(dāng)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(gè)反彎點(diǎn)。4.3 框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在拼合墻中，如果將孔的開口做大，則墻的剛度會(huì)變?nèi)?，而耦合梁的剛度?huì)變強(qiáng)，剪力墻的應(yīng)力特性會(huì)接近框架。因?yàn)榧袅Φ暮穸缺瓤蚣芙Y(jié)構(gòu)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(diǎn)，此時(shí)墻的受力類似于框架，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照框架結(jié)構(gòu)予以考慮。5 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則5.1 尺寸設(shè)計(jì)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(zhǎng)度與厚度之比。當(dāng)該比率小于或等于3時(shí)，可以根據(jù)該列進(jìn)行設(shè)計(jì)。要被視為異形柱，需要將其設(shè)計(jì)為雙向壓縮構(gòu)件。5.2剪力墻的主要特點(diǎn)

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(jī)的外側(cè)。如果無(wú)法避免，則必須根據(jù)相關(guān)規(guī)定采取相應(yīng)措施，以確保平面外剪力墻的安全。5.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻屬于平面構(gòu)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?yàn)樗诙嗔M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(shè)計(jì)墻體設(shè)計(jì)主要是計(jì)算整個(gè)結(jié)構(gòu)在水平和豎向作用下的內(nèi)力。計(jì)算內(nèi)力后，根據(jù)偏心受拉或偏心受壓計(jì)算剪力和法向截面荷載力。6 結(jié)構(gòu)布置6.1 平面布置剪力墻的平面布置簡(jiǎn)單、規(guī)則，比較適合沿著兩個(gè)主軸方向或者其他方向雙向布

10、置，兩個(gè)方向上面的抗側(cè)移剛度不應(yīng)該相差過(guò)大。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)該采納僅僅是單方向上有墻體的結(jié)構(gòu)布置形式。6.2 單片剪力墻的長(zhǎng)度。單肢剪力墻長(zhǎng)度不宜過(guò)大。如果剪力墻很長(zhǎng)且剛度很高，則會(huì)使結(jié)構(gòu)的周期過(guò)短，并且地震力過(guò)大且不經(jīng)濟(jì)。剪力墻應(yīng)該是高而薄的，如果剪力墻過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)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(dāng)同一軸線上的連續(xù)剪力墻過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用地板或小耦合梁將其分成幾個(gè)墻段，每個(gè)墻段的高寬比應(yīng)不小于2。每個(gè)壁段可以是一個(gè)單壁、一個(gè)小開口壁或一個(gè)接合壁。每個(gè)墻肢的寬度不應(yīng)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(jì)算內(nèi)力時(shí)，不考慮墻段之

11、間的板或弱耦聯(lián)梁，每一墻段按獨(dú)立剪力墻計(jì)算。6.3 剪力墻的門窗洞口剪力墻門窗洞口應(yīng)對(duì)齊，形成明顯的墻腳和連梁，成立柱布局。如果由于設(shè)計(jì)限制而不能列出，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用有限元分析，并加固相應(yīng)的孔洞。7 剪力墻結(jié)構(gòu)件延展性設(shè)計(jì)當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在與纖維屈服點(diǎn)相反的位置出現(xiàn)而不發(fā)生斷裂時(shí)，將此點(diǎn)位置視為塑性鉸。這樣的構(gòu)件成為兩個(gè)構(gòu)件加一個(gè)塑性鉸，塑性鉸兩側(cè)的構(gòu)件可輕微轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dāng)位置的外觀。改善塑料鉸鏈區(qū)域的剪力增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，控制斜向裂縫，并在彎曲下發(fā)揮拉伸增強(qiáng)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(yīng)對(duì)剪力墻進(jìn)行加固，加固X圍應(yīng)不小于剪力墻總高度

12、的1/8。當(dāng)鋼筋的總量保持不變時(shí)，適當(dāng)?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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中常見(jiàn)問(wèn)題8.1 增強(qiáng)連梁強(qiáng)度。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程在經(jīng)常會(huì)遇到連梁抗剪承載力不足這個(gè)問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)不能夠滿足強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生彎曲故障。為了解決這一問(wèn)題，除了在施工中采取措施提高混凝土強(qiáng)度外，還可以積極調(diào)整結(jié)構(gòu)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(dāng)耦合梁的破壞對(duì)豎向荷載無(wú)明顯影響時(shí)，可認(rèn)為地震作用下節(jié)理墻的耦合梁無(wú)效，應(yīng)根據(jù)地震荷載進(jìn)行二次力分析。獨(dú)立的墻肢。墻肢應(yīng)使用較大的內(nèi)力進(jìn)行兩次加固。8.2 轉(zhuǎn)角窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。拐角窗在結(jié)構(gòu)的拐角處具有拐角開口，

13、這對(duì)主體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)阻力具有更大的影響。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可在樓房的板內(nèi)設(shè)置暗梁，提高樓房整體的抵抗力;加強(qiáng)箍筋；鋼板加固采用雙向雙面設(shè)計(jì)加強(qiáng)窗臺(tái)上連接梁的加固。8.3 施工中采取措施減小約束力對(duì)剪力墻的影響。如果不對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行約束，混凝土材料在施工過(guò)程中的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力會(huì)自由變形，不會(huì)產(chǎn)生裂縫。但是，實(shí)際工程中剪力墻的結(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu)構(gòu)件不能自由變形或與受約束構(gòu)件的變形不同步（或不協(xié)調(diào)），從而導(dǎo)致裂縫。為了解決上述問(wèn)題，除了在施工過(guò)程中注意混凝土的養(yǎng)護(hù)和配比外，還可以

14、在剪力墻中增加“結(jié)構(gòu)孔”。這可能是最有效的方法，通過(guò)開放長(zhǎng)墻進(jìn)入短墻，減少混凝土收縮變形的約束，使混凝土收縮應(yīng)力得到釋放，從而達(dá)到控制墻體裂縫的目的，但有必要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新計(jì)算，以確保結(jié)構(gòu)的安全和正常功能。在剪力墻的中間設(shè)置一個(gè)黑光束（或在頂部設(shè)置一個(gè)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(zhǎng)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(hù)層的厚度，并增強(qiáng)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(xì)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)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(shuō)，先澆筑帶材兩側(cè)的混凝土，兩個(gè)月左右混凝土收縮變形趨于穩(wěn)定時(shí)，再澆筑接縫，避免因收縮應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。9 高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案剪力墻結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的整體性，較大的側(cè)向剛度以及對(duì)側(cè)向力的良好抵抗力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要完成以下幾個(gè)方面：9.1 合理的控制剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計(jì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，確保位移比設(shè)計(jì)的合理性。，橫向剛度比和周期比。確保高層建筑不會(huì)受到扭曲和偏心力的作用。9.2 剪力墻的截面厚度設(shè)計(jì)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(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。

16、如果剪力墻和墻體平面相交，處在平面外時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)，地震力會(huì)影響到底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻截面，截面厚度至少在18cm以上，在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，截面厚度至少16cm。9.3剪力墻結(jié)構(gòu)的開洞構(gòu)造設(shè)計(jì)為維持剪力墻結(jié)構(gòu)截面中承載力，需要補(bǔ)強(qiáng)鋼筋切斷集中位置的洞口，同時(shí)鋼筋直徑要在 12mm 以上。當(dāng)剪力墻的截面高度較大，截面高度在 8m 以上時(shí)可開結(jié)構(gòu)洞，再進(jìn)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(shè)置門窗洞口時(shí)，防止形成薄弱短肢墻，獨(dú)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(huì)較早產(chǎn)生破壞，即便強(qiáng)化縱向配筋與箍筋也是會(huì)出現(xiàn)，錯(cuò)洞墻與疊合錯(cuò)洞墻更為不利。9.4 剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計(jì)連梁的共同特點(diǎn)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(duì)較大。關(guān)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(gè)方面。一方面，脆性破壞出現(xiàn)在墻肢部位，因?yàn)閴χ锌辜裟芰Σ淮?，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(jié)構(gòu)發(fā)生突然坍塌，這是設(shè)計(jì)過(guò)程中不允許出現(xiàn)的問(wèn)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(gòu)件都不能約束構(gòu)件。所有的耦

18、合梁都受到剪切破壞，關(guān)節(jié)墻的四肢變成了一個(gè)獨(dú)立的壁，這使得結(jié)構(gòu)的橫向剛度越來(lái)越小，從而導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(huì)發(fā)生倒塌。9.7 對(duì)墻身設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)化在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要對(duì)墻體進(jìn)行優(yōu)化，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。在優(yōu)化過(guò)程中，有必要協(xié)調(diào)鋼筋的間距和直徑，以確保結(jié)構(gòu)中的水平鋼筋和垂直鋼筋相應(yīng)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(jié)合在一起。合理布置隱蔽柱和端柱，以進(jìn)一步改善不同地震等級(jí)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保整體提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。10 結(jié)語(yǔ)剪力墻布置的合理性對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力特征都有影響，在結(jié)構(gòu)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(yīng)該對(duì)于剪力墻進(jìn)行合理的布置，如果剪力墻的布置過(guò)少，結(jié)構(gòu)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(cè)向位移增大，進(jìn)而影響到了整個(gè)建筑的穩(wěn)定性; 另一方面，如果剪力墻布置