浅谈高层建筑结构中的剪力墙结构设计的几个问题及建议

浅谈高层建筑结构中的剪力墙结构设计的几个问题及建议摘要：在剪力墙结构设计中，经常遇到一些问题，给结构设计带来一些困惑，现就几个常见问题结合对规范的理解，谈谈自己的看法。关键词：高层建筑;剪力墙设计Abstract:Inthedesignofshearwallstructure,weoftenencountersomeproblems,structuraldesignduetosomeconfusion,nowwithrespecttoafewcommonproblemswiththeunderstandingoftheregulation,talkaboutoneselfview.Keywords:high-risebuilding;designofshearwall1、引言随着经济的发展。现代都市的城市化建设得到长足发展.高层建筑在城市土地日益紧张的今天更是得到了投资者的青睐。在高层建筑中,剪力墙结构因其结构刚度大、空间整体性好,在水平力作用下侧向变形小,有利于避免设备管道与非结构构件的破坏,因而得到了广泛的应用。在结构设计中,尽管现行规范给出了剪力墙结构设计的若干条款,但规范不可能面面俱到,下面就实际设计中遇到的一些问题及体会进行讨论。2、剪力墙设计中的基本概念2.1剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时可按柱设计，当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。2.2剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力：在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。2.3实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙：整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。壁式框架：当剪力墙开洞过大时形成宽梁、宽柱组成的短墙肢，构件形成两端带有刚域的变截面杆件，在内力作用下许多墙肢将出现反弯点，墙已类似框架的受力特点，因此计算和构造应按近似框架结构考虑。综上所述，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。2.4墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值：①剪力墙之间的间距；②门窗洞口之间的翼缘宽度；③墙肢总高度的1∕10；④剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。2.5为了保证墙体的稳定性及便于施工，使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力，规范要求一二级抗震墙时墙的厚度应≥16Omm，底部加强区宜≥200mm，三四级抗震等级时应≥14Omm，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。3、高层剪力墙转角部位开设转角窗的问题随着建筑平立面体型的多样化，在不少的居住建筑外墙转角客户要求设置转角窗，高层剪力墙结构的角部是结构的关键部位，在角部剪力墙上开设转角窗，这不仅消弱了结构的整体抗扭刚度和抗侧力刚度，而且使临近洞口的墙肢、连梁内力增大，扭转效应明显，对结构抗震不利。(1)B级高度及9级设防A级高度的高层建筑不应在角部剪力墙上开设角窗或挑阳台。(2)8度及8度以下级设防A级高度的高层建筑在角部剪力墙上开设角窗或挑阳台时，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，并加强其配筋及构造；2)洞口两侧应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，宜采用“T”、“L”、“［”型等截面的墙体，墙体厚度在底部加强部位不小于层高的1/12，其他部位不小于1/15，且不小于180mm，墙端暗柱纵向配筋适当加强；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)转角处楼板应加厚，配筋宜适当加大，并配置双层双向配筋；也可于转角处板内设置连接洞口两侧墙体的暗梁；5)结构电算时，转角梁的负弯矩调整系数、扭转折减系数均取1.0，抗震设计时，应考虑扭转藕联的影响。4、剪力墙连梁设计的问题剪力墙连梁的含义:剪力墙连梁即两端都与剪力墙相连且与剪力墙的夹角不大于25度，跨高比小于5，刚度可以折减的梁。在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。连梁一般具有跨度小，截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此在实际工程中要使连梁的设计满足强剪弱弯的要求，就必须考虑以下几个方面:(1)关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重新分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第4.1.7条中规定:“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架—剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55”；(2)加连梁跨度减少高度。在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求；(3)增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限；(4)提高混凝土等级。混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限；(5)地震区高层建筑的剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。5、剪力墙设计的建议剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置：抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向剐度不宜过大。遵循这样的规范原则，剪力墙的布置：遵循均匀、分散、对称和周边的原则剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置，剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼梯处。在平面布置上尽可能均匀、对称．以减小结构扭转；不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近，在竖向布置上应贯通房屋全高．使结构上下刚度连续、均匀。可布置成单片形，洞口布置在截面中部．避免布置在剪力墙端部或柱边。高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构：短肢剪力墙较多时。应布置简体f或一般剪力墙1，形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理剪力墙的间距为了保证楼(屋)盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，应控制剪力墙的最大间距剪力墙的数量与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑．在一定范围内数量越多越好：从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大．地震力和材料用量增大，造价提高，基础设计困难。因此．剪力墙的数量应适宜，只需满足侧向变形的限值即可(剪力墙的数量：规范要求剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的百分之五十。因为在地震时全靠剪力墙抵抗地震剪力．建筑结构设计时成片的剪力墙最好对称布置，遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则，以取得比较理想的设计效果。6、结语以上是设计工作中经常遇到的几个问题，在设计时，问题是比较复杂的，要把互相制约的因素统一协调，才能取得比较理想的结果