高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：在高層建筑的不斷發(fā)展中，我們?cè)诒ＷC其建筑物結(jié)構(gòu)安全的重要前提下，還需要在建筑物的設(shè)計(jì)層面不斷地追求更高的建筑設(shè)計(jì)理念與技術(shù)。開展新型結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)，根據(jù)其受力的特點(diǎn)，充分掌握和了解其受力特點(diǎn)和破壞機(jī)理后，并選擇合理的布置形式，正確掌握計(jì)算分析方法。剪力墻的應(yīng)用將在多、高層的住宅中有著廣闊的發(fā)展前景。 </p><p>

2、　　關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻特點(diǎn) 剪力墻布置剪力墻連梁 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　前言：高層剪力墻結(jié)構(gòu)是特定的將剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)相互組合，進(jìn)而形成一種新的體系。高層建筑的豎向荷載是由剪力墻和框架共同進(jìn)行承擔(dān)的，但是其水平的作用則主要就是由擁有較大的抗側(cè)剛度的剪力墻來進(jìn)行承擔(dān)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅具有剪力墻較強(qiáng)的抗震能力和較大的剛

3、度，同時(shí)還具有框架結(jié)構(gòu)的使用方便和布置靈活的特點(diǎn)，因此能夠被廣泛的應(yīng)用在高層建筑當(dāng)中。 </p><p>　　一、剪力墻結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn) </p><p>　　框架是由梁柱線性桿件組成的，框架的受力特點(diǎn)類似豎向懸臂剪切梁，其變形曲線為剪切形，在純框架的結(jié)構(gòu)中，所有框架的變形曲線都是類似的，所以，水平力按各框架的抗推剛度D比例分配，剪力墻是豎向懸臂彎曲結(jié)構(gòu)，其變形曲線為彎曲形。在平面內(nèi)有很

4、大的抗彎曲剛度，在一般剪力墻結(jié)構(gòu)中，所有抗側(cè)力構(gòu)成剪力墻的側(cè)移曲線都是類似的，水平力在各片剪力墻之間按件等效剛度EI比例分配框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)。 </p><p>　　在同一結(jié)構(gòu)單元中，二者是通過水平面內(nèi)剛度無限大的樓扳連接在一起的，以至于它們不能單獨(dú)按各自的彎曲變形或剪切變形而自由變形。它們?cè)谕粯菍拥奈灰票仨毾嗟?，在不考慮扭轉(zhuǎn)的情況下，由于框架與剪力墻共同工作，彼此相互作用，這樣，在框架一剪力墻結(jié)

5、構(gòu)上部，剪力墻被框架向后拉，在框架一剪力墻結(jié)構(gòu)下部，剪力墻被框架向前推，而框架的受力情況正好與此相反，沿豎向剪力墻與框架之間水平力的分配不是一個(gè)定值，它隨著樓層的改變而改變，水平力在框架與剪力墻之間既不按等效剛度El分配，也不能按抗推剛度D分配?？蚣芤患袅Y(jié)構(gòu)中，頂部剪力不為零，這是因?yàn)轫敳考袅餐ぷ?，相互之間必然產(chǎn)生荷載，框架的最大剪力值在結(jié)構(gòu)中部，框架底部剪力為零，全部剪力均由剪力墻承擔(dān)。 </p><p&

6、gt;<b>　　二、 剪力墻布置 </b></p><p>　　2.1雙向布置剪力墻及抗側(cè)剛度 </p><p>　　高層建筑應(yīng)有較好的空間工作性能，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)雙向布置，形成空間結(jié)構(gòu)。在抗震結(jié)構(gòu)中，應(yīng)避免單向布置剪力墻，并宜使兩個(gè)方向抗側(cè)剛度接近，即兩個(gè)方向的自振周期宜相近。 </p><p>　　另一方面，剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大，

7、為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。 </p><p>　　2.2豎向剛度均勻 </p><p>　　剪力墻的布置對(duì)其結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度有很大影響，剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結(jié)構(gòu)沿高度剛度突變，所以應(yīng)要求剪力墻自上到下連續(xù)布置。允許沿高度改變墻厚和混凝土等級(jí)，或減少部分墻肢，使剪力墻的抗側(cè)剛度沿高度逐漸減小。 </p

8、><p><b>　　2.3墻肢高寬比 </b></p><p>　　細(xì)高的剪力墻容易設(shè)計(jì)承受彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。在抗震結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延性，在設(shè)計(jì)構(gòu)造中，墻的高寬應(yīng)比不應(yīng)小于2。當(dāng)墻的長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，為了滿足每個(gè)墻段高寬比大于2的要求，可通過開設(shè)洞口將長(zhǎng)墻分成長(zhǎng)度較小、較均勻的獨(dú)立墻段，每個(gè)獨(dú)立墻段可以是整體墻，也可以是聯(lián)肢墻。 </

9、p><p>　　2.4剪力墻洞口的布置 </p><p>　　剪力墻洞口的布置，會(huì)極大地影響剪力墻的力學(xué)性能。因此，布置剪力墻洞口時(shí)應(yīng)滿足以下3方面要求。 </p><p>　　(1)規(guī)則開洞，洞口成列、成排布置，能形成明確的墻肢和連粱，應(yīng)力分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用程序的計(jì)算簡(jiǎn)圖較為符合，設(shè)計(jì)結(jié)果安全可靠。同時(shí)宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設(shè)置。 </p&g

10、t;<p>　　(2)對(duì)于錯(cuò)洞剪力墻和疊合錯(cuò)洞墻，二者都是不規(guī)則開洞的剪力墻，其應(yīng)力分布復(fù)雜，容易造成剪力墻的薄弱部位，常規(guī)計(jì)算無法獲得其實(shí)際內(nèi)力，構(gòu)造比較復(fù)雜。其主要特點(diǎn)是洞口錯(cuò)開距離很小，甚至疊合，不僅墻肢不規(guī)則，洞口之間形成薄弱部位，疊合錯(cuò)洞墻比錯(cuò)洞口墻更為不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免。當(dāng)無法避免疊合錯(cuò)洞布置時(shí)，應(yīng)按有限元方法仔細(xì)計(jì)算分析并在洞口周邊采取加強(qiáng)措施或采用其他輕質(zhì)材料填充將疊合洞口轉(zhuǎn)化為規(guī)則洞口的剪力墻或框架結(jié)

11、構(gòu)。 </p><p>　　(3)具有不規(guī)則洞口剪力墻的內(nèi)力和位移計(jì)算應(yīng)符合規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。目前除了平面有限元方法外，尚沒有更好的簡(jiǎn)化方法計(jì)算。對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中采用了桿系、薄壁桿系模型或?qū)Χ纯谧髁撕?jiǎn)化處理的其他有限元模型時(shí)，應(yīng)對(duì)不規(guī)則開洞墻的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算和校核。 </p><p>　　2.5剪力墻和加強(qiáng)部位 </p><p>　　(1

12、)抗震結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)塑性鉸的部位應(yīng)作為加強(qiáng)部位。而剪力墻頂層、樓電梯間墻等不宜作為加強(qiáng)部位，這樣作的目的是對(duì)塑性鉸部位可以有更明確的措施，與由于溫度、收縮等需要的加強(qiáng)措施區(qū)別。 </p><p>　　(2)剪力墻塑性鉸出現(xiàn)后，剪力墻應(yīng)具有足夠的延性，剪力墻底部塑性鉸出現(xiàn)都有一定范圍，該范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造措施，提高其抗剪切破壞的能力。 </p><p>　　(3)為安全起見，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)將加強(qiáng)部

13、位范圍適當(dāng)擴(kuò)大，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部?jī)蓪佣叩妮^大值，為避免加強(qiáng)區(qū)太高，其底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/10。 </p><p>　　三、短肢剪力墻設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。當(dāng)截面高度與厚度之比小于3時(shí)，應(yīng)按柱計(jì)算（當(dāng)形

14、成異型柱時(shí)，則應(yīng)按異型柱的要求設(shè)計(jì)，但高層建筑中不允許采用異型柱框架結(jié)構(gòu)），至于剪力墻高度與厚度之比大于3、又小于5的剪力墻，實(shí)際上也是短肢剪力墻，由于它們更弱，可以提出不宜采用小于5的墻肢，對(duì)這種小墻肢的軸壓比應(yīng)給予更嚴(yán)格的限制，因此即使采用短肢剪力墻，也要盡可能使墻肢截面高度與厚度之比大于5。 </p><p>　　近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，有利于住宅建筑布置，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重，應(yīng)用逐漸廣泛。但是由于短

15、肢剪力墻抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，考慮高層住宅建筑的安全，其剪力墻不宜過少、墻肢不宜過短，可以對(duì)短肢剪力墻的應(yīng)用范圍應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以限制，并采取一些加強(qiáng)措施。 </p><p><b>　　四、剪力墻的連梁 </b></p><p>　　連接墻肢與墻肢（框架柱）的梁稱為連梁。連梁往往跨度比較小、高度比較大，是對(duì)剪力墻抗震性能影響較大的構(gòu)件。在風(fēng)荷載和地震荷載作用

16、下，墻肢產(chǎn)生彎曲變形，使連梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。同時(shí)由于連梁端部的彎矩、剪力和軸力的作用又反過來減少了墻肢的內(nèi)力和變形，對(duì)墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)，高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種，即脆性破壞（剪切破壞）和延性破壞（彎曲破壞）。連梁在發(fā)生脆性破壞時(shí)就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時(shí)，各墻肢喪失了連梁對(duì)它的約束作用，將成為單片的獨(dú)立墻，這會(huì)使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低，變形加

17、大，墻肢彎矩加大，并且進(jìn)一步增加P-A效應(yīng)﹙豎向荷載由于水平位移而產(chǎn)生的附加彎矩），并最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌。通過上述分析我們可以知道，連梁的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞，也就是要求連梁的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)剪弱彎的原則，同時(shí)要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。 </p><p><b>　　結(jié)束語： </b></p><p>　　為了滿足人們對(duì)所居