高层剪力墙结构设计

高层剪力墙结构设计（精选11篇）

高层剪力墙结构设计 第1篇

1. 1 剪力墙类型

剪力墙结构包括墙肢和连梁, 可以同时承担竖向及水平荷载, 由于其平面内刚度很大, 所以在承担风荷载及地震作用传来的水平荷载时, 产生的侧移小, 是常用高层建筑结构形式。

根据墙体上洞口位置的排列方式、洞口尺寸及数量等因素, 可将剪力墙划分为: 整截面墙、整体小开口墙、联肢墙 ( 双肢墙、多肢墙) 、壁式框架 ( 见图1) 。

1. 2 计算假定

1) 楼板在平面内刚度无穷大, 平面外刚度几乎为零。由于高层建筑中, 楼面尺寸较大, 整体性能好, 平面内刚度很大, 楼板在平面内每一点的位移相等。而在平面外, 板厚只有十几厘米, 对剪力墙伸缩、弯曲的约束作用小, 可认为楼板平面外刚度为零。2) 剪力墙平面内刚度取决于截面尺寸, 平面外刚度为零。可认为剪力墙只承担平面内的作用力, 与受力方向垂直相交的剪力墙, 视为受力方向剪力墙翼缘。在上述两个假定下, 当水平荷载作用点与结构刚度中心重合时, 结构不发生扭转。

2 结构设计方案

2. 1 设计概况

本文计算实例为西安北动车段单身宿舍综合楼, 该楼为南北通透的板式楼, 标准层平面呈“一”字形内廊式布置。地下1 层, 地上23 层, 层高3. 0 m, 建筑总高69. 0 m, 建筑面积为19 478 m2;结构长度 × 宽度= 45. 0 m × 17. 10 m, 高宽比h/b = 1. 533, 采用剪力墙结构。

勘察报告显示, 本工程场地类别Ⅲ类, 自上而下依次为填土、杂填土 ( 建筑垃圾) 、中砂、细砂等, 地下水埋深约7 m ~ 12 m。抗震设防烈度为8 度, 地震分组第一组, 基本地震加速度0. 20g, 属标准设防类 ( 丙类) 。基本风压: 0. 35 k N/m2, 基本雪压: 0. 25 k N/m2。建筑立面如图2 所示。

2. 2 剪力墙结构布置一般原则

1) 平面布置宜简单、规则, 两主轴方向侧向刚度相差不宜过大。2) 不宜采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。3) 剪力墙应具有适宜的侧向刚度, 不宜布置过密。若墙体布置较多, 侧向刚度较大, 但结构的自重也相应加大, 地震作用加大, 反而对结构抗震不利。4) 其门窗洞口宜上下对齐且成列布置。5) 剪力墙墙段较长时, 受弯后产生的裂缝宽度较大, 墙体配筋容易拉断, 因此《高层规程》规定, 剪力墙长度不宜大于8. 0 m。

2. 3 结构布置方案

本文设计了两种剪力墙结构布置形式。区别在于: 优化前轴纵向剪力墙均缩进1. 50 m ( 楼梯间位置除外) , 各轴线间横向剪力墙长2. 3 m, 优化后轴纵向剪力墙位于轴线位置处, 各轴线间横向剪力墙长2. 1 m。优化剪力墙位置后, 布置的剪力墙减少。

3 计算分析与数据对比

3. 1 设计参数的选取

选取SATWE程序进行计算, 并对两方案计算结果进行分析对比。计算过程中要针对设计条件及建筑方案对结构参数进行设置。主要参数如下所示: 1) 恒、活荷载计算均模拟施工加载方式3。2) 地震作用和风荷载按X, Y两个方向计算。3) 地震作用计算振型个数为15 个, 以保证振型参与质量系数达到90% 。4) 剪力墙抗震等级二级, 特征周期0. 45 s, 地震影响系数最大值为0. 16, 阻尼比0. 05。5) 根据《高层规程》, 剪力墙结构的周期折减系数可取0. 8 ~ 1. 0, 本例取0. 90。

混凝土强度等级及墙厚分布见表1。

3. 2 模型信息

两个剪力墙设计方案所对应标准层三维模型及整体模型如图3, 图4 所示。

3. 3 计算结果对比分析

2) 层间位移角 ( Δu / h) 。剪力墙结构, 若侧向刚度过小, 会造成较大的变形及裂缝, 影响正常使用。若布置太密, 会加大结构自重, 增大地震作用, 反而对结构不利。层间位移角对比见表3。

两方案均满足要求, 优化后刚度更大, 位移减小。

3) X, Y方向位移比、层间刚度比、层间受剪承载力比。对比两模型位移比数据, 均满足要求。具体如表4 所示。

计算结果显示: 两模型层间刚度比最小值均为1. 0, 大于规范要求的0. 9, 避免了薄弱层破坏; 优化前层间抗剪承载力比最小值为0. 97, 优化后为0. 99, 满足限值要求。

4) 整体稳定性验算。高层建筑在风荷载及水平地震作用下, 重力荷载在水平位移效应上会引起重力二阶效应, 随着结构刚度的降低, 这种不利影响呈非线性增长。《高层规程》中最小刚重比限值为1. 40, 且若刚重比不小于2. 70, 可不考虑重力二阶效应的不利影响。计算结果如图5 所示。

4 结语

两方案在其他设计参数一致的情况下, 优化前剪力墙设置更多, 但结构刚度反而降低, 位移增大, 说明其剪力墙布置的位置及数量欠合理。优化后通过调整剪力墙的位置, 减小了剪力墙的数量, 得到了更高的结构刚度, 布置为更合理。

最后, 采用YJK结构设计软件进行计算复核, 得到了相同的计算结果、结论。据此, 本建筑采用优化后的剪力墙结构布置方案。

参考文献

[1]晏育松.高层建筑结构设计中的若干问题研究[D].南昌:南昌大学, 2009.

[2]周世炜.高层建筑结构抗震分析与优化设计[D].西安:西安建筑科技大学, 2004.

[3]PKPM 2010SATWE S-3多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件[R].北京:中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部, 2010.

[4]邱良.高层建筑结构设计分析[J].科技风, 2009 (10) :8.

高层建筑剪力墙结构设计分析论文 第2篇

1高层建筑结构设计剪力墙设计中需要注意的问题

1.1对剪力墙轴压比限值的确定

在剪力墙设计环节中，轴压比限值是剪力墙设计的重要组成部分，不仅影响剪力墙的基本质量，还对其抗震能力产生影响。目前，建筑行业一级～三级的抗震等级剪力墙底部加强部位的最大轴压比限值的计算公式为：

在上述公式中，S代表剪力墙的最大轴压比限值;fc代表混凝土轴心抗压强度的理想设计值;A代表墙肢的全截面面积，单位为cm2;N代表墙肢重力荷载作用下的轴压比设计值(在N参数的分析中，不考虑该数据与地震的作用)。

1.2高层建筑剪力墙结构厚度的确定与配筋处理

1.2.1我国相关规定对高层建筑的剪力墙参数提出了十分明确的要求：当剪力墙结构的地震等级达到8度时，剪力墙抗震等级要大于等于2级。在这一规定的影响下，相关单位在开展剪力墙结构设计中，要保证剪力墙墙底的部分墙体厚度超过200mm。

而在现代工程建设中，设计方对剪力墙的分析已经有了较为完备的数据支持，其计算公式为：

在上述公式中，b代表剪力墙的估算厚度值，单位为mm;Q代表单位面积的荷载重量标准值，Q=13.0+7(n-15)/20;n代表楼层层数;r代表轴压比。

1.2.2我国高层建筑规范中明确指出：高层建筑剪力墙墙体配筋率要大于等于0.25%，而剪力墙的底部加强部分配筋率要大于等于0.3%。

高层框架剪力墙结构设计分析 第3篇

随着人口不断增加，城市住房建设用地高度紧张，高层建筑建设是城市发展的必然趋势。这必然给结构工程们对高层建筑的设计也带来了许多新的课题和更高的挑战。如何设计出舒适、安全、经济、美观，同时又要符合人们精神生活要求的建筑。满足人们生产和生活的需求，是结构设计师们必须要面对和需要解决的首要问题。如何掌握高层建筑结构设计的要点，正确处理高层建筑设计过程中出现的问题，是设计人员必须考虑到的事情。本文结合实例对其进行深入探讨。

高层建筑结构设计要点

高层建筑结构受风和地震影响较大，这两种荷载都是随机振动，具有很强的复杂性和不确定性。因此，在进行高层建筑结构设计时，除了通过数学、力学等的分析外，还应考虑概念设计。结构的概念设计就是从结构的宏观整体出发，着眼于结构的整体反应，运用对建筑结构已有的知识去处理结构设计中遇到的问题，即注意总体布置上的大原则，又考虑关键部位的细节设计，从而达到设计的合理[3]。笔者总结了具体以下几点措施：

（1）平面设计应简单、规则。平面形状简单、规则的凸平面的建筑，其风载体型系数较小，能有效减小高层建筑的风压，有利于抗风；平面简单、规则、对称、长宽比较小的建筑，抗震性能较好。建筑平面简单、规则、对称均匀易实现有利于抗震的结构平面布置。若平面形状不对称均匀时，应设置剪力墙进行调整。

（2）竖向体型设计。高层建筑结构的竖向体型应采用对侧向力不太敏感的形状，应使结构具有抵抗外荷载作用的能力，同还应考虑经济合理性。

（3）竖向传力体系设计。传力体系直接反映结构沿竖荷载传递路径和建筑的使用性能。在设计时应控制建筑的高宽比、抗侧刚度均匀无突变、锚固深度等。

（4）整体性原则。高层建筑结构设计时，应确保结构连续性和构件连续可靠，做到构件节点的承载力不低于其连接构件的承载力，满足地震作用下的强度要求和大变形延性要求，是整体建筑结构始终保持其整体性。

（5）基础设计。高层建筑层数多，高度大，重量大，风荷载和地震作用大。基础承担竖向的全部荷载，并传递给地基。受地震作用时，基础将地震力传到上部结构使其产生振动。为了保证结构的整体稳定性，高层建筑结构设计时应选择较好的地基土、合适的基础形式和基础埋深等。

（6）高层建筑结构设计还应满足承载力要求、刚柔协调性和延性。

（7）对高层建筑物采取多道抗震设防设计措施。

（8）轻质高强的原则，可降低基础造价的同时还有利于抗震。

（9）材料选择。应选择延性好、强重比大、均匀、正交各向同性等的材料。

工程简介

本高层建筑地下为2层，地上为19层，结构房屋高度为89.50m，另有1层局部突出屋面。地下一层主要为各类设备用房、库房和汽车库，地下二层主要为汽车库，其中部分为人防。裙房首层部分为银行营业大厅与柜台办公区，裙房二层部分为票据外汇业务区、银行用计算机房和档案室；裙房三层为多功能厅和职工之家,裙房屋顶设空中花园。主楼部位首层为办公入口大堂，上为两层高共享空间，三层为会议与物业办公用房区域，四层为员工餐厅，标准层为办公、会议室。工程地下二层为甲类人防地下室，平时为汽车库，战时为二等人员掩蔽；抗力等级为核6级。经研究决定，对该高层建筑采用框架剪力墙结构进行设计。

结构选型

4.1地基基础方案

（1）本工程基底标高在－11.10m~－12.20m，基础持力层为④细砂层和⑤粗砂层，承载力特征值分别为150 kPa和200 kPa，可以满足裙房及纯地下室部分地基承载力需要；不能满足高层部分地基承载力要求。因本工程设有二层地下室，故裙房及纯地下室部分采用天然地基，基础采用平板式筏形基础，而高层部分基础则采用桩筏基础。

（2）基桩采用钻孔灌注桩，桩端持力层为⑦-3微风化砂砾岩。桩端进入持力层深度不小于500 mm；基桩竖向承载力标准值为12120 kN，基桩竖向承载力特征值为6000 kN。

（3）抗浮设计。由于本工程抗浮设防水位很高，经验算需采取抗浮措施。为此本工程拟设置抗拔桩作为抗浮措施。

4.2抗侧力体系

本工程结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。上部结构嵌固层设在：（±0.00）楼板处。剪力墙的底部加强区高度为：地上1～3层（加强范围：地下1~地上4层）。

4.3屋盖及楼盖结构

本工程地下部分楼面（包括±0.00楼板）采用现浇主框架梁+厚板的楼盖体系；地上部分楼面采用现浇主框架梁＋次梁楼盖体系；对于有较大孔洞的楼面，拟采取加强孔洞周围楼板的厚度及配筋以及加大洞口边梁截面尺寸等措施，提高建筑物的整体刚度。

设在三层的大堂顶板，由于大堂抽柱造成托柱转换，转换梁跨度17.4m，一般的钢筋混凝土结构不能满足要求，需采用钢骨混凝土梁的方案予以解决。

4.4抗震缝、沉降缝、伸缩缝的设置

本工程裙房部分和高层部分之间建筑荷载差别较大，存在一定的沉降差异。但因高层部分采用桩基础，经初步计算分析，两部分的沉降差较小，满足设计要求，故本工程不设永久后浇带，仅设施工后浇带，以防止混凝土因收缩引起开裂。为了有效地减小地下室结构较长所带来的混凝土收缩和温度应力等对结构的不利影响，除设置后浇带外，拟采取以下措施：

（1）设计措施上。适当提高基础外墙及地下室顶板的最小配筋率，顶板采用双层双向贯通配筋。

（2）材料选取上。混凝土原材料应采用低收缩、低水化热的水泥，控制基础外墙及底板的混凝土强度等级，使用60天的混凝土强度指标。基础外墙、顶板及地上的裙房顶层及主楼顶层的混凝土加入适量抗裂纤维；同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量。

（3）施工工艺上。采取有效的施工工艺和措施，并控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以便部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。在混凝土浇筑施工中，应采取二次振捣措施，并应加强混凝土养护，特别是前期养护。

4.5其他设计技术措施

本工程的结构高度、平面、竖向布置、复杂程度等均未超过规范的规定，不属于超限高层建筑工程。对于主、裙房相交处的混凝土墙体和柱子、梁适当加强配筋，以改善结构的抗震性能。而对于框支柱，采用钢骨混凝土柱的办法改善柱子的受力性能。

结构计算分析

5.1整体分析

本工程采用中国建筑科学研究院PK.PMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（08年4月版）进行结构分析计算。分析中考虑楼板开洞的影响，上部结构与地下结构作为一个整体进行计算。上部结构的嵌固部位设于±0.00处。

5.2计算结果分析

对本高层结构进行计算分析，框架柱倾覆弯矩百分比计算结果见表1所示，该结构的主要控制参数计算结果见表2所示。从表1~表2的计算结果表明，本高层框架剪力墙结构所采取的结构设计措施均可有效地保证本结构受力的安全性，其计算结果均满足相关规范要求。

表1框架柱倾覆弯矩百分比参数表

表2主要控制参数计算结果

结论

本文结合笔者多年从事建筑结构设计工作的相关經验，对高层建筑结构的设计特点和高层建筑结构体系类型与特点进行了简单的概述，说明了高层建筑结构的优越性性，对建筑结构设计人员在进行高层建筑结构设计中应注意的问题及存在的问题进行简要的总结及分析，在此基础上，从平面设计、竖向设计、结构整体稳定性、基础设计和多道设防等方面出发，指出了在高层建筑结构设计过程中应注意的事项及相关的解决措施或方法，以提高工程建设的经济性和安全性，提出的措施或方法可为相关的设计人员参考借鉴。

参考文献：

[1] 蔡振毅，蔡振中．高层结构设计中的若干问题研讨[J]．结构工程师，2005，23（09）：31-33．

[2] 陈群．浅谈高层结构设计中确定结构体系的几个问题[J]．建筑知识，2002，26（08）：101-103．

[3] 刘信江．钢筋混凝土高层结构设计常见问题探讨[J]．江西建材，2009，21（12）：293-294．

高层住宅剪力墙结构设计 第4篇

1.1 墙肢的长度

剪力墙墙肢长度 (即墙肢截面高度) 一般不宜大于8m。结构设计中的剪力墙结构应具有延性, 细高的剪力墙 (高宽比大于2) 容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙, 从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时, 为了满足每个墙段高宽比大于2的要求, 可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙, 洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁 (其跨高比宜大于6) , 使其可近似认为分成了独立墙段。

1.2 墙肢厚度的选取

规定剪力墙的最小厚度, 其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。其厚度要求见表1。

注:H-层高或剪力墙无支长度的较小值

对短肢剪力墙结构, 规定其抗震等级应比表1中规定的抗震等级要高一级采用。故除6度区外, 短肢剪力墙的抗震等级至少为一级。对于住宅建筑, 填充墙厚一般为200mm, 相应剪力墙厚也取为200mm。住宅层高一般为2.8～3.0m, 故墙厚取200mm, 除底层加强区的一字形短肢剪力墙外, 均能满足规范要求[2]。

对于无地下室的高层住宅, 因其基础埋深一般在2.5m以上, 则底层墙体高度会在5.0m以上, 若按层高的1/16确定墙厚, 将超过300mm, 大于填充墙厚度。为避免出现此种情况, 在布置剪力墙时, 应结合建筑平面, 尽量不用一字形剪力墙, 而采用L、T、Z、十字形等截而形式, 且使翼缘长度大于其厚度的3倍, 这样一方面墙体抗震性能更好, 另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度的l/16。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于3.0m, 故厚度采用200mm满足构造要求。

2 对结构扭转影响的处理

《高规》4.3.5条规定:“结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移, A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍, 不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍, 不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比, A级高度高层建筑不应大于0.9, B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。”对于位移比超限的处理方法。可采取的方法有:调整最大位移发生处的附近洞口位置及尺寸, 或最大位移发生处的墙肢厚度, 以增加该处的刚度, 减小位移。对于周期比的超限, 可采取的方法有调整质心两侧剪力墙的位置及墙肢长度, 使其质心与刚心尽量接近;尽量加大周边剪力墙, 提高抗扭刚度, 减少核心筒刚度, 削弱结构侧移刚度, 从而加大第一平动周期;其轴线通过或靠近结构刚心的剪力墙对结构抗扭刚度贡献不大, 但对侧移刚度贡献较大, 也必须削弱。

3 对角窗的处理

高层建筑的角部在地震中是最薄弱的部位, 但有些时候建筑为了立面效果或为了开发商房子好销售, 在高层建筑的角部设置角窗, 对此类情况应采取以下措施:提高角窗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, 如不满足宜加厚墙肢;角窗两侧的墙肢应沿全高均按《高规》5.5.4条要求设置约束边缘构件;抗震计算时应考虑扭转藕连影响;转角窗房间的楼板宜适当加厚, 宜采用双层双向配筋;加强角窗窗台的连梁的配筋与构造。

4 对剪压比超限的连梁处理

剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的, 尤其是在高烈度区, 经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度, 以减少连梁吸收的地震力, 如果仍然超筋, 说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。此时, 想通过调整使计算结果不超筋是困难的, 也是没有必要的。就好比说, 它原来没有这个能力, 你非要让它有这个能力, 这当然很困难。从连梁的作用来说, 首先它是在两个墙肢之间传递内力, 对墙肢起到约束作用, 其次它是在地震来临时充当第一道防线, 起到耗能作用。因此, 对于减少连梁的高度仍然超筋连梁 (指抗剪超筋) 的设计原则应该是这样的:

首先按该连梁截面能承受的最大剪力 (高规JGJ3-2002 7.2.23) 计算连梁抗剪箍筋;根据该剪力值计算出连梁端部弯矩 (为简化起见, 假设反弯点在中点) , 并作适当折扣 (例如:一级乘以0.8) , 然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。这样做的目的是为了保证连梁的强剪弱弯, 故意让连梁先出现塑性铰。当多遇地震来临时, 连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力, 出现塑性铰, 端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系, 连梁中的剪力也不再增加。而我们在设计的时候, 已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力的情况, , 抗剪能力是有富余的, 所以此时抗剪不会破坏。在这种情况下, 连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力, 同时对墙肢有一定的约束能力, 并具有变形耗能能力, 破坏具有一定延性, 基本上满足设计对连梁的基本要求。唯一与计算不符的是, 连梁对墙肢的约束作用比计算的要小, 其结果是墙肢的内力比计算值要大, 可以在电算时对此类墙肢的地震力放大系数进行调整, 按调整后的电算结果适当加强相邻墙肢的配筋。

5 约束边缘构件箍筋的设置

约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”, 对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求, 设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半, 但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定, 因此, 目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。同时, 还有一点应注意, 为了充分发挥约束边缘构件的作用, 在剪力墙边缘构件范围内, 箍筋的长短边之比不宜大于3, 相邻两个箍筋之间宜相互搭接1/3箍筋长边的长度。

摘要：人们对高层建筑的空间要求越来越高。普通剪力墙的设计出现居多弊端, 故结构设计问题受到众多工程设计人员的重视。本文以某住宅小区为例, 从高层住宅结构设计时剪力墙布置、结构计算、风荷载的体型系数及干扰系数取值、连梁设计等几方面展开分析, 并结合实际工程经验, 提出剪力墙结构构造的几点意见, 以供参考。

关键词：高层住宅,剪力墙,结构,设计

参考文献

[1]李国胜.多高层钢筋混凝结构设计中疑难问题的处理及算例[M].中国建筑工业出版社2004 (06) .

[2]李盛勇, 张元坤.剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J].建筑结构2003 (08) .

[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].中国建筑工业出版社2004.

[4]周红萍.剪力墙结构高层住宅的结构设计[J].安徽建筑, 2004 (06) .

高层住宅中剪力墙结构设计分析 第5篇

广景湖畔花园二期场地位于泉州市惠安县百崎回族乡，场地东侧为双喜制衣公司培养基地，西侧一期建设用地，南侧空地，北侧临近通港公路。广景湖畔花园二期由4栋31~33层的高层住宅及其1层的商业裙房组成，设有地下一层地下室；其中高层部分采用剪力墙结构体系，裙房部分采用框架结构体系。总建筑面积是7万多㎡。

以1号楼为例进行结构设计分析，1号楼造型比较独特，平面为椭圆形，而且奇数层和偶数层的建筑平面布置略有不同。标准层结构布置如下图1，图2所示。1号楼地下一层，地上31层的剪力墙结构。总建筑面积约1.5万㎡，地下一层为机动车库，层高4.6m；一层是入口门厅及架空绿化，层高为5.1m；二层及以上层为住宅，层高为2.9m。1号楼建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，场地类别为II类，土质比较均匀，在地勘报告中建议地基作CFG桩处理。剪力墙抗震等级为二级。基本风压采用0.85KN/m2(100年一遇)，地面粗糙度按B类，体型系数取1.4，电算程序采用SATWE，按施工模拟过程的加载方式，采用层间剪力比层间位移的楼层刚度算法。连梁折减系数取0.7，周期折减系数取0.9。

2结构设计分析

2.1 高层住宅中剪力墙结构设计的经济分析

（1）剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省。在高层住宅中，开间较小，分隔墙较多，采用现浇剪力墙。可将填充承重墙减少，比较经济。另外，剪力墙外观整齐，没有露梁、露柱现象，便于室内布置。

（2）剪力墙结构设计中应注意的问题剪力墙结构的抗侧刚度大。结构周期小，地震反应大；剪力墙结构墙体越多，建筑物的重量越大，地震反应也大，会造成浪费；另外，剪力墙结构墙体多为构造配筋，如果配筋率太低，则结构延性差。

具有刚度足够的结构一般震害较轻。但是，一般情况下建筑物的刚度越大，工程费用越高。因此，剪力墙结构应满足规范中的关于结构水平位移和地震力的要求，但如果要做到安全适用，经济合理，就必须在实际工作中有所判断，将结构水平位移和地震力控制在合理的范围内，然后检查结构的内力和配筋。

2.2 优化结构设计．降低工程造价

优化结构设计，使结构受力均衡，技术应用得当，整体安全可靠度一致，同时发挥其最大作用，这样设计出的结构才能达到既经济，又合理的目的。

从结构设计整体布局来看，在水平荷载作用下，剪力墙的暗柱配筋往往是构造配筋，暗柱断面的确定与剪力墙的布置有密切的关系，而构造配筋与暗柱断面又有着一一对应关系。由于剪力墙布置的差异性，一片剪力墙两端暗柱的断面可能差6～10倍。配筋也相应差6～10倍。而剪力墙在不同方向的水平荷载作用下是具有对称性的。这样设计出的结构就会造成极大的浪费。因此，首先调整剪力墙的布置，尽可能使之对称。这样即节省了造价，又增加了结构安全性。

3剪力墙结构构件的合适含钢量

在以结构设计规范为依据的实际情况中对某住宅楼剪力墙的结构计算作整体分析，同时从结构含钢量的角度作具体分析。

现行规范对钢筋混凝土构件给出了最小含钢量，分别为：

（1）剪力墙端部加强区和非加强区关于暗柱、端柱、翼柱的构造配筋要求；

（2）剪力墙分布钢筋的配筋要求；

（3）连梁的配筋要求。

因混凝土为泵送商品混凝土，水灰比大，收缩率较大，为满足要求实际情况，高层建筑合适的含钢量见下表：

4实例分析结果

4.1 结构整体计算

4.1.1 根据电算结构结果，

考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数(取前三个振型)

4.1.2 结构整体合理性判断

主要控制参数

（1）楼层最小剪重比在规范容许的“楼层最小地震剪力系数值”的范围内。

（2）自振周期：参照(T1 =(0.05～0.08) n=1.6～2.5s)，周期在合理范围内。

（3）楼层最大层间(水平)位移与该楼层平均值的最大比值，在规范许可范围内。

4.2 剪力墙设计

墙厚根据规范及工程层数，层高情况取值如下：地下一层至九层墙的墙厚为300,十层至二十二层墙的墙厚为250（十层~二十二层）,二十三层以上墙的墙厚为200。

从造价角度考虑，可从以下方面适度调减钢筋：暗柱、连梁等处构件根据计算结果按构造要求配筋(不包括局部按计算配筋的)，其中，墙体分布筋基本与规范最小配筋及其它构造要求相吻合；

4.3 楼板设计

楼板的板厚按板短跨的1/40来取，最大板厚120，最小板厚取90。楼板采用弹性计算，由于板计算跨度不大，基本上板配筋是以构造为主，板混凝土强度等级C25~C30。

一级钢最小配筋率=max{0.2%，0.45ft}=0.27%~0.3%

三级钢最小配筋率=max{0.2%，0.45ft}=0.22%

所以板钢筋使用三级钢比一级钢省。

5 总结

（1）x方向的楼层层间最大位移与层高之比的最大值偏小，结构整体布置存在继续优化的可能；

超长框架剪力墙高层结构设计 第6篇

本工程建筑面积约51 000 m2, 地上9层, 地下1层, 总高度47.5 m, 1层~3层层高5.4 m, 4层~9层层高4.5 m, 夹层层高4.0 m, 采用框架剪力墙结构, 标准层建筑平面图如图1所示。本工程建筑功能:1层~3层为超市, 4层~8层为餐饮, 9层及夹层为电影院。本工程抗震设防类别为重点设防, 基本地震加速度为0.1g, 地震分组为第一组, 特征周期为0.65 s, 框架抗震等级为二级, 剪力墙抗震等级为一级。

2 结构体系

在框架结构平面的适当部位设置剪力墙, 形成框架剪力墙结构, 标准层结构平面图布置如图2所示。震害表明, 框架剪力墙结构比框架结构在减轻框架及非结构部件的震害方面有明显的优越性, 剪力墙可以控制层间位移, 降低了对框架的延性要求, 简化了抗震措施。同纯框架结构相比, 加上剪力墙后结构的耗能能力为同高度框架结构的20倍左右, 剪力墙还有在强震作用下裂而不倒和震后易于修复的优点。

3 结构构件设计

3.1 0.2Q0的调整

以地上9层作为1段进行框架部分承担的地震剪力复核, 结果果显显示示仅仅11层层YY向向框框架架达达不不到到2200%%, , 为为满满足足框框架架作作为为结结构构抗抗震震第第2道防线的要求, 对1层框架地震剪力放大1.230从而满足规范0.2Q0调整的要求。

3.2 剪力墙约束边缘构件的设置

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》, 取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值作为底部加强部位, 初步计算时发现约束边缘构件的纵筋配筋率超规范, 后在计算时提高了剪力墙的竖向分布筋的配筋率, 约束边缘构件的纵筋配筋率就在规范的允许范围内了。

3.3 超长现浇板计算与设计

本工程X方向现浇板长为84 m, Y方向现浇板长为72 m, 均比混凝土构件的建议长度长很多。而建筑平面不允许分缝, 最终确定采用无缝的超长结构。超长结构采用PMSAP软件对楼板的温度应力进行计算, 计算结果显示2层、3层及顶层的温度应力较大。超长温度应力控制具体到施工图中为以下三方面措施:1) 所有楼层在两个方向上均设置温度后浇带。2) 2层、3层及顶层结合现浇空心板, 沿板肋方向每个肋中设置3UΦS15.2 (9) (60, 60, 60) 温度预应力钢筋。3) 楼板采用双层双向配筋, 实配钢筋比计算值有所加强。

4 结构设计分析

4.1 结构选型

本工程为适应使用功能的要求, 保证结构的抗震性能, 考虑水平地震作用时, 采用振型分解反应谱法计算, 不考虑竖向地震作用的影响。

4.2 结构计算主要参数

计算振型个数:18;周期折减系数:0.85;连梁折减系数:0.5;中梁刚度放大系数:2;梁扭矩折减系数:0.4。

4.3 结构的计算结果分析

11) ) 结结构构扭扭转转为为主主的的第第一一自自振振周周期期TTtt==11..224411 88 ss, , 结结构构平平动动为为主的第一自振周期T1=1.561 7 s, Tt/T1=0.795 2。2) X向刚重比EJd/GH2=6.26, Y向刚重比EJd/GH2=6.48, 该结构刚重比EJd/GH2>1.4, 能够通过《高层建筑混凝土结构技术规程》的整体稳定验算;该工程结构刚重比EJd/GH2>2.7, 可以不考虑重力二阶效应。3) X方向最大层间位移角1/918<1/800, Y方向最大层间位移角1/1 013<1/800。4) X方向的位移比为1.29, Y方向的位移比为1.34。5) X方向的有效质量及剪重比为99.45%, 2.71%>1.6%, Y方向的有效质量及剪重比为99.58%, 2.83%>1.6%。

5 地下室及基础设计

5.1 地下室

本工程设1层地下室, 主要为汽车停车库以及消防水池、消防泵房等设备和辅助用房, 层高5.300 m, 外墙为350 mm厚混凝土墙, 底板厚400 mm, 顶板厚180 mm。X及Y方向均设置两道温度后浇带, 贯穿底板外墙及顶板。地下室占地面积较1层面积大, 局部挑出主楼, 为满足抗浮设计, 在这些挑出部分设置抗拔桩用来抗浮。

5.2 基础方案

本工程主楼桩基的持力层为粘土, 单桩竖向极限承载力标准值为5 800 k N。但该场地原有建筑下已有桩基础, 设计时尽量采用异形承台, 避开原有桩基础。

6 结语

根据工程特点选用经济合理的结构体系, 设计过程中与建筑师密切协调, 使结构方案既要满足结构要求, 又要为业主提供较好的经济性。在超长结构设计中, 采用温度应力设计, 从总体上把握结构的性能, 为类似的建筑结构设计提供参考。

参考文献

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[2]JGJ 3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]GB 50010-2010, 混凝土结构设计规范[S].

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[5]霍达, 何益斌.高层建筑结构设计[M].第2版.北京:高等教育出版社, 2011.

高层住宅剪力墙的结构设计 第7篇

1.1 墙肢的长度

剪力墙墙肢长度 (即墙肢截面高度) 一般不宜大于8m。结构设计中的剪力墙结构应具有延性, 细高的剪力墙 (高宽比大于2) 容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙, 从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时, 为了满足每个墙段高宽比大于2的要求, 可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙, 洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁 (其跨高比宜大于6) , 使其可近似认为分成了独立墙段。

1.2 墙肢厚度的选取

规定剪力墙的最小厚度, 其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。其厚度要求见表1。

注:H-层高或剪力墙无支长度的较小值

对短肢剪力墙结构, 规定其抗震等级应比表1中规定的抗震等级要高一级采用。故除6度区外, 短肢剪力墙的抗震等级至少为一级。对于住宅建筑, 填充墙厚一般为200mm, 相应剪力墙厚也取为200mm。住宅层高一般为2.8～3.0m, 故墙厚取200mm, 除底层加强区的一字形短肢剪力墙外, 均能满足规范要求。

对于无地下室的高层住宅, 因其基础埋深一般在2.5m以上, 则底层墙体高度会在5.0m以上, 若按层高的1/16确定墙厚, 将超过300mm, 大于填充墙厚度。为避免出现此种情况, 在布置剪力墙时, 应结合建筑平面, 尽量不用一字形剪力墙, 而采用L、T、z、十字形等截而形式, 且使翼缘长度大于其厚度的3倍, 这样一方面墙体抗震性能更好, 另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度的l/16。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于3.0m, 故厚度采用200mm满足构造要求。

2 对结构扭转影响的处理

《高规》4.3.5条规定:“结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移, A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍, 不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍, 不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Ti与平动为主的第一自振周期T1之比, A级高度高层建筑不应大于0.9, B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。”对于位移比超限的处理方法。可采取的方法有:调整最大位移发生处的附近洞口位置及尺寸, 或最大位移发生处的墙肢厚度, 以增加该处的刚度, 减小位移。对于周期比的超限, 可采取的方法有调整质心两侧剪力墙的位置及墙肢长度, 使其质心与刚心尽量接近;尽量加大周边剪力墙, 提高抗扭刚度, 减少核心筒刚度, 削弱结构侧移刚度, 从而加大第一平动周期;其轴线通过或靠近结构刚心的剪力墙对结构抗扭刚度贡献不大, 但对侧移刚度贡献较大, 也必须削弱。

3 对角窗的处理

高层建筑的角部在地震中是最薄弱的部位, 但有些时候建筑为了立面效果或为了开发商房子好销售, 在高层建筑的角部设置角窗, 对此类情况应采取以下措施:提高角窗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, 如不满足宜加厚墙肢;角窗两侧的墙肢应沿全高均按《高规》5.5.4条要求设置约束边缘构件;抗震计算时应考虑扭转藕连影响;转角窗房间的楼板宜适当加厚, 宜采用双层双向配筋;加强角窗窗台的连梁的配筋与构造。

4 对剪压比超限的连梁处理

剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的, 尤其是在高烈度区, 经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度, 以减少连梁吸收的地震力, 如果仍然超筋, 说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。此时, 想通过调整使计算结果不超筋是困难的, 也是没有必要的。就好比说, 它原来没有这个能力, 你非要让它有这个能力, 这当然很困难。从连梁的作用来说, 首先它是在两个墙肢之间传递内力, 对墙肢起到约束作用, 其次它是在地震来临时充当第一道防线, 起到耗能作用。因此, 对于减少连梁的高度仍然超筋连梁 (指抗剪超筋) 的设计原则应该是这样的:

首先按该连梁截面能承受的最大剪力 (高规JGJ3-2002 7.2.23) 计算连梁抗剪箍筋;根据该剪力值计算出连梁端部弯矩 (为简化起见, 假设反弯点在中点) , 并作适当折扣 (例如:一级乘以0.8) , 然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。这样做的目的是为了保证连梁的强剪弱弯, 故意让连梁先出现塑性铰。当多遇地震来临时, 连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力, 出现塑性铰, 端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系, 连梁中的剪力也不再增加。而我们在设计的时候, 已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力的情况, , 抗剪能力是有富余的, 所以此时抗剪不会破坏。在这种情况下, 连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力, 同时对墙肢有一定的约束能力, 并具有变形耗能能力, 破坏具有一定延性, 基本上满足设计对连梁的基本要求。唯一与计算不符的是, 连梁对墙肢的约束作用比计算的要小, 其结果是墙肢的内力比计算值要大, 可以在电算时对此类墙肢的地震力放大系数进行调整, 按调整后的电算结果适当加强相邻墙肢的配筋。

5 约束边缘构件箍筋的设置

约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”, 对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求, 设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半, 但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定, 因此, 目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。同时, 还有一点应注意, 为了充分发挥约束边缘构件的作用, 在剪力墙边缘构件范围内, 箍筋的长短边之比不宜大于3, 相邻两个箍筋之间宜相互搭接1/3箍筋长边的长度。

参考文献

[1]李国胜.多高层钢筋混凝结构设计中疑难问题的处理及算例[M].中国建筑工业出版社2004年6期.

[2]李盛勇.张元坤.剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J].建筑结构2003年8期.

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[8]郑为民.浅探高层住宅设计发展趋势[J].当代建设.2001 (01) .

[9]陈晓丰, 赵声瑜.一种剪力墙结构设计[J].中国高新技术企业.2009 (15) .

[10]廖莱.高层剪力墙建筑施工中的技术管理要点[J].科技促进发展 (应用版) .2010 (02) .

[11]郑斌.高层剪力墙结构住宅配筋设计经济性控制探讨[J].沿海企业与科技.2008 (09) .

高层建筑结构设计剪力墙设计 第8篇

关键词：高层建筑,结构设计,剪力墙

剪力墙是高层建筑结构体系中的重要组成部分, 对建筑结构稳定性产生重要影响, 做好高层建筑结构设计中剪力墙设计的质量控制工作具有一定的实际意义。从当前剪力墙结构设计现状来看, 受设计思想、建筑项目特殊要求等诸多因素影响, 设计人员难以有效控制剪力墙设计的整体质量, 留下风险隐患。因此要重视对高层建筑结构设计中剪力墙设计的讨论, 为全面提高高层建筑质量奠定基础。

1 剪力墙设计须注意问题

1.1 对剪力墙轴压比限值的确定

在剪力墙设计环节中, 轴压比限值是剪力墙设计的重要组成部分, 不仅影响剪力墙的基本质量, 还对其抗震能力产生影响。目前, 建筑行业一级~ 三级的抗震等级剪力墙底部加强部位的最大轴压比限值的计算公式为:

在上述公式中, S代表剪力墙的最大轴压比限值;fc代表混凝土轴心抗压强度的理想设计值;A代表墙肢的全截面面积, 单位为cm2;N代表墙肢重力荷载作用下的轴压比设计值 (在N参数的分析中, 不考虑该数据与地震的作用) 。

1.2 高层建筑剪力墙结构厚度的确定与配筋处理

(1) 我国相关规定对高层建筑的剪力墙参数提出了明确要求:当剪力墙结构的地震等级达到8度时, 剪力墙抗震等级要大于等于2级。在这一规定的影响下, 相关单位在开展剪力墙结构设计中, 要保证剪力墙墙底的部分墙体厚度超过200mm。

而在现代工程建设中, 设计方对剪力墙的分析已经有了较为完备的数据支持, 其计算公式为:

在上述公式中, b代表剪力墙的估算厚度值, 单位为mm;Q代表单位面积的荷载重量标准值, Q=13.0+7 (n-15) /20 ;n代表楼层层数;r代表轴压比。

(2) 我国高层建筑规范中明确指出:高层建筑剪力墙墙体配筋率要大于等于0.25%, 而剪力墙的底部加强部分配筋率要大于等于0.3%。

一般在高层建筑剪力墙结构设计中, 剪力墙的水平配筋的关键就是向墙体内部加入水平分布的钢筋, 在经过这种处理后, 剪力墙等整体结构性能得到改善, 自身的抗温度应力参数水平、抗脆性剪切力水平明显提升。而一般在结构设计中, 设计人员需重视对高层建筑剪力墙的配筋处理, 来最终保证剪力墙结构的稳定性。

2 剪力墙设计实际问题分析

2.1 工程概况

某项目是整体建筑高度约为74.16m, 地上建筑结构为25层, 还设有两层的地下储藏室, 工程等级为一级。在建筑结构设计中, 该建筑项目采取框架- 剪力墙结构与剪力墙结构。但在建筑项目设计之初, 考虑到建筑的主要功能为住宅楼, 盲目增加框架柱会影响室内的整体空间结构, 因此在最后设计决策中, 决定采取剪力墙结构。

2.2 剪力墙布置方案

在该项目中, 剪力墙布置方案主要考虑了剪力墙的数量、剪力墙参数、布置位置等多种问题, 而在考虑建筑结构经济性的基础上, 其底部肩梁截面总面积约为楼层面积比的8.3%。

同时, 由于住宅建筑结构特点十分明显:受建筑外观、使用功能等多种因素影响, 建筑在结构设计中采取了不规则的平面结构设计形式, 并且竖向位置上因为下部缺乏足够的大空间部位导致剪力墙会以连续的形式从下而上连续分布。针对这一要求, 该项目在剪力墙平面布置设计过程中, 适当地增减左右剪力墙与轴线上下剪力墙的尺寸, 实现对结构扭转参数的控制。

2.3 建筑材料

建筑材料作为影响施工质量的重要因素, 其质量对建筑整体质量产生重要影响。因此在该项目设计环节中, 设计单位高度重视对原材料相关内容的控制。

2.3.1 总体设计思想

由于高层建筑混凝土结构需采用高性能的混凝土与钢筋, 但考虑建筑结构安全性等因素后, 设计人员确定了以下主要设计思路:通过采取高强度混凝土控制建筑柱截面面积、通过高强度钢筋减少配筋量。在该思想的指导下, 设计人员在设计环节中尽量选择能满足强度、塑性、均质性等要求的施工原材料。

2.3.2 混凝土设计

由于混凝土强度变化会影响结构自重、原材料使用率等诸多问题, 并且使用强度过低的混凝土会导致建筑内有效面积降低, 一定程度上影响建筑的整体功能。我国JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中对混凝土的相关参数水平提出明确要求:高层建筑结构的主要承重构件要使用强度不低于C20的混凝土, 且最高混凝土强度不应大于C60。在相关规定的指导下, 设计人员进一步完善了该项目剪力墙的混凝土等级水平, 相关资料如表1所示。

2.3.3 钢筋材料设计

该项目在钢筋设计中, 优先选择抗压强度等级高、可焊性能良好的钢筋, 并且在施工过程中始终遵循“承载力相等”的原则展开钢筋配置。同时在最小配筋率选择中, 以强制的规范要求对钢筋设计参数进行确定, 保证替换钢筋数量的科学性。在该项目中, 主要钢筋材料的信息如表2所示。

2.4 荷载计算

对高层建筑而言, 除受到自重荷载的影响外, 还有可能受到其他荷载作用的影响, 例如屋面荷载、风荷载等, 这些荷载都会对建筑结构的整体质量产生影响。本文选取该建筑结构设计中的几种荷载计算内容, 对其荷载计算问题进行阐述。

2.4.1 风荷载计算

众所周知, 风荷载对高层建筑整体参数的影响十分明显, 因此在剪力墙结构设计中要予以高度重视。该工程项目根据GB5009-2012《建筑结构荷载规范》的相关内容展开风荷载处理分析, 取当地工程基本风压为0.35KN/m2的标准值, 其计算公式为:

在上述公式中, wk代表风荷载的标准值, 单位为k N/m2;βz代表z高度处的实际风振系数;w代表高层建筑的基本风压值 (一般以当地的实际风压为参考对象) , 单位为k N/m2;μs代表风载体形系数;μz代表z高度处的风压变化系数。

2.4.2 楼面荷载计算

该项目的楼面荷载问题主要是根据建筑方案的计算方案的计算参数进行分析处理的, 其典型的取值参数如表3所示。

2.5 设计结果分析

该项目在剪力墙施工中, 严格按照设计图纸的相关标准展开施工, 并针对设计图纸中的不清晰问题及时与设计人员取得联系。从后期监理结果显示, 该项目的剪力墙质量水平良好, 能有效满足该建筑承重的要求。

3 结束语

在高层建筑剪力墙设计过程中, 需要严格遵照相应的施工质量控制标准展开管理, 并结合工程的具体要求进行控制, 通过实现全范围内的建筑施工设计质量管理, 保证建筑剪力墙结构质量, 为强化建筑整体性能奠定基础。

参考文献

[1]冯运琴.高层建筑剪力墙结构连梁设计中的问题[J].科技咨询 (建筑科学) , 2013 (18) :59-60.

[2]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技 (规划设计) , 2007 (2) :29-32.

高层住宅框架剪力墙结构设计分析 第9篇

本工程由32层塔式建筑和18层板式建筑组成，建筑面积58 351 m2，框架剪力墙结构，基础形式为桩筏基础。地下1层为车库;地上3层为商场;4层以上为住宅。室外地坪主要屋面高度:32层为96.58 m,18层为52.67 m。

该项目基本风压为0.35 k N/m2，地面粗糙度C类;基本雪压0.3 k N/m2;地震烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组是第一组，Ⅱ类场地;单位荷载重为190 t/m2，地下室深为4.6 m，对差异沉降敏感。

2 地下结构设计

2.1 场地工程地质条件

根据勘察设计研究院编制的岩土工程详细勘察报告书，拟建场地工程地质条件见表1。

2.2 地下水

本场地地下水主要为赋存于(1)人工填土及第四系粘性土层中的为上层滞水，水量较小，分布不均匀，受大气降水和地表水补给，水位季节性变化，未形成连续稳定水面，勘察期间测得部分钻孔中的上层滞水稳定水位埋深为1.6 m～2.00 m，相当于标高39.85 m～40.64 m。赋存于(4)中粗砂，(5)圆砾及(8),(9)强、中风化板岩层中的地下水属潜水，主要受上层滞水补给。勘察期间，测得地下水稳定水位埋深为0.50 m～6.20 m，相当于标高31.87 m～37.21 m。

2.3 基础设计

本工程塔楼与其周边裙房、纯地下室之间的荷载差异较为悬殊，必然造成较大的差异沉降。经过计算，高层建筑如果采用天然地基上的筏板基础其平均沉降值约为140 mm，而裙房和纯地下室部分的沉降仅为40 mm。裙房、纯地下室部分的基底平均建筑荷载低于原位土体重力，使得高层建筑地基土的侧限条件被永久性削弱，将影响相关部位地基承载力的充分发挥。基于以上因素的考虑，本工程的基础方案确定为人工挖孔桩筏板基础。施工期间在塔楼与裙房、纯地下室间设置沉降后浇带，以减少差异沉降的影响。

3 地上结构设计

3.1 结构布置

在框架剪力墙结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件。如果仅在一个主轴方向布置剪力墙，将会造成两个主轴方向的抗侧力刚度悬殊，无剪力墙的一个方向刚度不足且带有纯框架的性质，与有剪力墙的另一方向不协调，地震时容易造成结构整体扭转破坏。本工程平面布置呈矩形，在两个方向均布置了剪力墙成双向抗侧力体系，有效的减小了层间侧移。

3.2 转换层设计

带转换层的高层建筑结构属于不规则的复杂结构，在地震作用下容易形成敏感的薄弱部位，造成地震震害。转换层的设置位置对高层建筑结构的抗震性能有重大的影响。高层建筑结构底部转换层的位置越高，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下结构内力传递途径的突变也会加剧，而且，转换层的位置越高，落地剪力墙或筒体易出现弯曲裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的剪力墙易于破坏。总之，带转换层的高层建筑结构，底部转换层的位置越高对抗震越不利。

工程采用框架剪力墙结构体系，地下停车库采用框架结构，主楼1层～3层为商场，甲方要求尽可能减少落地剪力墙数量，以保证使用空间，增加了设计的难度。为保证主体结构竖向刚度均匀，避免刚度突变形成薄弱层，《高规》规定当转换层设置在地面以上第1层时，可近似采用转换层上、下结构等效剪切刚度γ表示转换层上、下结构刚度的变化，抗震设计时γ不应大于2。当转换层设置在地面以上第2层及第2层以上时，抗震设计时γ不应大于1.3。本工程采取了如下措施:

1)在满足层间位移的前提下，尽量减少转换层上部剪力墙的数量，加大剪力墙上洞口的尺寸，减少连梁高度，以减少上部刚度。

2)经得甲方同意降低三层商场的高度，由原来的5.7 m改为3.6 m，增大了转换层下部刚度。

3)加大底部墙体厚度，一层墙厚450 mm，二层墙厚400 mm，三层墙厚350 mm，四层以上墙体厚度取200 mm。

4 结构计算分析

该主体结构采用中国建筑科学研究院编制的SATWE程序进行计算分析，将上部结构与地下室作为一个整体进行设计计算。其地震作用下用VSS求解器考虑扭转耦联时的振动周期。

1)结构周期见表2。

第1扭转周期与第1平动周期的比值为0.829，小于0.9，满足《高规》第三章4.3.5条。

2)结构位移见表3。

最大楼层层间相对位移为1/1 972小于1/800，满足《高规》4.6.3条。

3)剪重比和等效质量系数。X,Y方向最小剪重比大于1.6%,X,Y方各有效质量系数大于90%，满足《高规》5.1.13。

4)0.2Q0调整系数。首层框架承担的剪力值很小，所以应按《高规》8.1.4条进行调整，即框架总剪力应按0.2Q0和1.5Vf,max二者的较小值采用。

5)转换层上下等效侧向刚度比γ。X向γ=0.48;Y向γ=0.36小于1.3，满足《高规》附录E.0.2条的规定。

6)结构整体稳定验算结果。

X向刚重比EJd/GH**2=5.21,

Y向刚重比EJd/GH**2=3.64。

该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4，能够通过高规5.4.4的整体稳定验算。

该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。

5 结语

1)高层建筑与裙房之间设置后浇带后，施工中应注意将后浇带两侧之构件妥善支撑，同时也应注意由于设置后浇带可能引起各部分结构的承载力问题与稳定问题，必要时应进行补充计算。设置后浇带后，使裙房挡土墙的侧压力不能传递至高层建筑主体结构上，如果支撑不当，施工时可能发生事故。在地基的承载力、变形和稳定性满足要求的条件下，沉降后浇带也可设置在高层建筑与裙房交界处裙房一侧的第一跨内。

2)底盘部分的剪力墙应提高混凝土的强度等级，加大其截面尺寸，尽量少开洞或开小洞，落地剪力墙应成组布置，尽可能围成筒体。

3)转换层附近的楼板应加大板厚及采用双向双层配筋。转换层楼板及底盘屋面的厚度不应小于200 mm，配筋率不应小于0.30%。

参考文献

[1]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[4]姜学诗.建筑结构施工图设计文件审查常见问题分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

试析高层建筑剪力墙结构抗震设计 第10篇

[关键词]剪力墙结构、受力性能、抗震设计

[中图分类号]F407.9 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0245-01

前言

剪力墙结构是指用钢筋混凝土墙代替框架结构中的柱，以承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构。其最大特点是能够有效控制结构水平作用。《建筑抗震设计规范》（2010年版，以下未注明处相同）称之为抗震墙，本文按照工程界习惯称作剪力墙。多数情况下，剪力墙截面高度大于其厚度8倍，厚度相对而言较薄，一般仅为200～300mm。因此，从墙体尺寸可以看出，其墙身平面内抗侧刚度很大，相反，平外面刚度却很小。根据这一特点，在进行结构方案布置时，墙体应当沿建筑物主轴方向均匀布置，利用平面内较大刚度承受纵横两个方向的水平和扭转作用。抗震设计中，要求在正常使用及小震作用下，处于弹性工作状态；在中等强度地震作用下，允许进入弹塑性状态，但应具有足够承载力、延性；在强震作用（罕遇烈度）下，不应出现倒塌。此外还应保证结构稳定。现通过对剪力墙结构中抗震设计的相关要素分析，希望和广大结构设计人员进行交流，共同进步。

受力性能

（1）整体墙和小开口整体墙

由于没有洞口或洞口很小，此类墙可以看作是一个整体悬臂墙。在轴向压力和水平力作用下，悬臂墙破坏形态主要是弯曲破坏。弯曲破坏又分为大偏压和小偏压破坏，要设计成“延性剪力墙”就是要把剪力墙的破坏形态控制在弯曲破坏中的大偏心破坏范围。从墙体尺寸而言，细高的剪力墙（高宽比大于）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙。另外，墙肢的平面长度（即墙肢截面高度）不宜大于8米。当一个结构单元中有少量长度大于眯的大墙肢时，计算中楼层剪力主要由这些大墙肢承受。一旦地震，尤其是在罕遇烈度地震时，大墙肢容易首先遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，使整个结构可能形成各个击破。当墙的长度很长时，可以开设洞口，将长墙分成较小长度、较均匀的肢墙，保证均匀受力。

（2）连肢墙

实际工程中，剪力墙经过门窗分割形成连肢墙。洞口上下部位是连梁，洞口左右部位是墙肢。连肢墙的设计应把连梁放在抗震第一道防线，在连梁屈服前，不让墙肢破坏。连梁自身要做到受剪承载力高于弯曲承载力。目的就是“强肢弱梁”和“强剪弱弯”。无论是在整体的开洞剪力墙设计，还是在连梁、墙肢等局部构件上的设计，都体现上述原则，才能保证墙肢安全。当连梁破坏时，结构会继续承载，直至墙肢截面屈服。

结构设计

（1）强剪弱弯

为避免脆性剪切破坏，应按照”强剪弱弯”的要求设计剪力墙墙肢。一般的方法是将剪力墙底部加强部分的剪力设计值增大，提高抗剪承载力。《建筑抗震设计规范》6.2.8条规定了各个抗震等级剪力墙底部加强部位的剪力设计值应乘以不同的剪力增大系数，以此进行抗剪配筋设计，从而实现“强剪弱弯”的结构受力性能。

（2）加强底部塑性铰区

一般在底部剪力墙弯矩最大，底截面钢筋屈服后会形成塑性铰区。而且，塑性铰区（分布于一定范围）是剪力最大部位，在反复荷载作用下，会形成交叉裂缝，可能出现剪切破坏。所以在塑性铰区要采取加强措施，即底部加强部位。《建筑抗震设计规范》6.1.10条规定了底部加强部位的具体高度要求。目的就是提高受剪承载力，加强抗震的构造措施，提升结构的弹塑性变形能力。

（3）限制轴压比

为保证剪力墙延性，避免截面上受压区高度过大而出现小偏压情况，应当控制剪力墙加强区截面相对受压区高度，但截面受压区高度与截面形状有关，实际工程中剪力墙截面复杂，会增加计算受压区高度的困难。为此，《建筑抗震设计规范》采用简化方法，限制截面的平均轴压比。计算轴压比时，规范采用了重力荷载代表值作用下的轴力代表值，即考虑重力荷载分项系数1.2后的最大轴力设计值。《建筑抗震设计规范》6.4.2条具体要求了各个抗震等级下的墙肢轴压比限值。在这里笔者想说明，2010年版《建筑抗震设计规范》6.4.2条较之前版本规范，增加了剪力墙抗震等级三级时0.6的轴压比限值要求（之前版本对抗震等级三级无轴压比限值要求）。

（4）设置边缘构件

边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。约束边缘构件是指用箍筋约束的暗柱，端柱和翼墙，其箍筋较多（配箍率特征值相对较大），对混凝土的约束较强；构造边缘构件的箍筋较少，对混凝土约束较差或没有约束。剪力墙墙肢的塑性变形能力和抗地震倒塌能力，除了与纵向钢筋有关外，还与截面形状、截面相对受压区高度（轴压比），墙梁端的约束范围、约束范围内的箍筋配箍特征值有关。当截面相对受压区高度（轴压比）大到一定时，需要设置约束边缘构件，使墙肢端部成为箍筋约束混凝土。《建筑抗震设计规范》6.4.5条对边缘构件的尺寸、配筋都做了具体的说明。特别是6.4.5-2款规定了“一、二、三级抗震墙，以及部分框支抗震墙结构的抗震墙，应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件，在以上其他部位可设置构造边缘构件。”这一点刚好就和本文之前提到的“加强底部塑性铰区”一节相呼应，可以看出，通过设置约束边缘构件，可以提高墙肢端部混凝土极限压应变、改善剪力墙延性。

（5）控制墙肢截面尺寸

剪力墙墙肢截面厚度，除了要满足承载力的要求外，还要满足稳定和避免过早出现斜裂缝的要求。一股情况下，把稳定要求的厚度称作最小厚度，通过构造满足。在实际结构体系中，

楼板以及与剪力墙平面外相交的剪力墙，是剪力墙的侧向支撑，可防止剪力墙失稳。通常情况下，剪力墙最小厚度由楼层高度控制。《建筑抗震设计规范》6.4.1条规定了剪力墙最小厚度要求。设计时需留意。另外，就是本文之前提到过的墙段高宽比不宜小于3，《建筑抗震设计规范》6.1.9条也做了具体的要求。

（6）配置分布钢筋

《建筑抗震设计规范》6.4.3条对剪力墙内分布钢筋的配置提供了具体说明。特别是6.4.3-1款：“一、二、三级抗震墙的竖向和横向分布钢筋最小配筋率均不应小于0.25%，四级抗震分布钢筋最小配筋率不应小于0.20%。”剪力墙中，分布钢筋的作用主要是：抗剪、抗弯、减小收缩裂缝等。如果竖向分布钢筋过少，墙肢端部的纵向受力钢筋屈服后，裂缝将迅速开展，裂缝的长度、宽度都较大；如果横向分布钢筋过少，斜裂缝一旦出现就发展成主要斜裂缝，剪力墙将沿斜裂缝被剪坏。因此，墙肢的竖向和横向分布钢筋最小配筋率是根据限制斜裂缝开展要求确定的。

结束语

剪力墙结构具有较好的抗震性能，且结构布置灵活，可以很大程度减小结构构件对建筑的使用影响，所以高层住宅较多使用这种结构形式。在抗震设计中，针对剪力墙结构受力体系及相关规范条文进行分析理解，合理采用计算分析方法，并采取相应构造措施，相信剪力墙结构能够以更加经济、实用的优势展现在住宅设计中，具有更广阔的发展前景。

参考文献

[1]施岚清——注册结构工程师专业考试专题精讲建筑抗震设计机械工业出版社2011

高层建筑剪力墙结构设计探讨 第11篇

1 当代建筑结构抗震设计总体思路

建筑结构屈服水准地震作用的选择与确定某地区的地震强弱指标值是该地面的峰值加速度, 该指标必须具有统计意义, 之后根据地震力降低系数R, 总结出不同设计用地面运动加速度, 以达到实现建筑结构强度设计的目的, 并确定建筑结构的水准。保证R的对应延性能力这一保证措施主要有内力调整以及抗震构造。当代建筑结构的抗震设计理念主要是以研究建筑结构的非弹性性能为基础而建立的, 其含义是根据滞回规律以及地面的运动特征, 反映建筑结构屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。如果R取较大值, 也就是地震作用比较小, 那么就对建筑结构的延性有更为严格的要求;如果R取较小值, 即在地震作用比较大的情况下, 就可以放松关于建筑结构延性的要求。

1.1 高层建筑剪力墙结构设计中应注意的问题

1.1.1 剪力墙结构的坑侧刚度不宜过大, 若坑侧刚度多大, 则剪力墙结构的周期会相应的变小且建筑受地震影响也较大。

1.1.2 同一建筑中剪力墙结构墙体不宜过多, 若墙体越多, 则建

筑物自重会增大且建筑物受地震影响也越大, 同时还会造成过多不必要的浪费。

1.1.3 由于剪力墙结构的墙体大多数都是构造配筋, 为避免结构延性差, 剪力墙结构墙体的构造配筋不宜太低

1.1.4 剪力墙结构设计时应满足规范中关于结构水平位移和地

震力的要求。因此, 设计者只有结合工程实践经验, 在实际工作中有所判断, 在剪力墙结构设计时将地震力和结构水平位移控制于规范中的合理范围内, 同时还应对结构的配筋和内力做进一步检查, 才能达到建筑物安全性、适用性、经济合理性的目的。

1.2 高层建筑剪力墙结构优化设计中含钢量分析

根据现行结构设计规范, 钢筋混凝土构件的最小含钢量应满足剪力墙端部加强区的暗柱、端柱、翼柱的构造配筋、连梁配筋以及剪力墙分布钢筋的配筋三方面要求。以高层剪力墙住宅建筑为例, 其中剪力墙结构构件的合适含钢量符合现行结构设计规范。该建筑物选用了泵送商品混凝土作为混凝土原料, 然而这种原来存在收缩率和水灰比都较大的情况, 因此, 为满足规范要求, 我们应根据实际情况结合经我国多年设计和成功施工的剪力墙结构统计出的合适的含钢量及单位面积钢筋量来选取适宜的含钢量。

2 剪力墙结构建筑优化设计分析

高层建筑剪力墙结构优化设计的方案有很多种, 而在整个建筑中其经济性受建筑的结构体系、采用材料、构件截面等影响很大, 因此, 在优化方案设计时必须选择最适宜的结构形式才能保证建筑结构的安全可靠度及降低工程造价。

对于一套剪力墙结构高层建筑物, 只有优化其剪力墙结构设计, 技术应用得当, 使结构受力均衡、结构可靠度一致及整套建筑任一结构都能同时发挥最大作用, 才能达到建筑物安全、经济、适用的目的。但是, 在不同方向的水平荷载作用下, 剪力墙具有对称性的特点。而忽略剪力墙对称性特点设计出的结构会造成相当大的浪费且存在一定的不安全性。因此, 为节省工程造价, 提高收益, 同时增加结构的安全可靠性, 在设计中应调整剪力墙的布置使剪力墙对称。此外, 当设计人对某种结构概念理解不全时, 其设计出的结构也会造成极大的浪费。因此, 设计人在设计之前应吃透某种结构概念, 正确把握结构概念, 避免不必要的浪费。

3 我国当代建筑结构的抗震设计原则存在的不足

我国的建筑结构抗震设计, 学习借鉴了全球各国的先进抗震研究成果, 并形成了本国独特的抗震设计原则。其中多数内容十分符合当代抗震设计理念, 然而, 也存在着不妥之处, 需要进一步调整。在相关规范内容的方面, 我国有关部门对抗震规范的了解与国外相比存在比较大的差距。以上介绍的抗震设计原则都符合相关规律。但是, 在我国, 目前地震作用降低系数的取值基本上是具有一定规范的, 为2.81, 同时也赋予小震一个统一的统计意义, 以便结构截面承载能力设计以及变形验算。除此之外, 基本延性的要求上也没有按照R-μ关系进行, 而是根据抗震等级进行划分的, 而抗震等级在实质上取决于烈度分区。从而造成同一R没有对应同一μ, 以此制定出的抗震措施, 并不符合R-μ的对应关系。此设计原则会导致低烈度区的延性要求会相应的偏低。

4 当代建筑常用的抗震设计分析法

在抗震理论不断发展的同时, 抗震设计分析法在研究与设计领域层出不穷。当代建筑结构的抗震设计中, 必须要确定地震作用值, 以为内力组合与截面设计提供数据。自从我国建筑结构抗震原则提出后, 全球抗震学术界正不断的获得新的成果。比如建筑界进行很多钢筋混凝土构件的抗震性能试验;利用激素发展的信息技术编制了非常精确的非线性动力反应程序;至于设计方法, 也抛弃了传统单一的抗震设计方法, 而采用新型的性能和位移较好抗震设计理念。

5 结语

剪力墙结构具有刚度大、整体性好、钢材用量少、节能环保等特点, 剪力墙外观整齐, 且在高层住宅中开间较小, 分隔墙较多, 一般采用现浇剪力墙的方式, 所以剪力墙结构建筑物承重墙比传统多层砌体结构要少点, 较经济, 因此, 现浇剪力墙结构是目前高层建筑物采用最多的一种方法。剪力墙结构高层建筑在进行结构设计时应重视概念设计, 认真调整各项技术参数, 对结构设计进行反复优化设计, 直到剪力墙结构设计达到相对较优的结构。同时, 高层建筑剪力墙结构设计计算时应满足以下几点原则: (1) 楼层最小剪力系数的调整原则。 (2) 楼层层间最大位移与层高之比的调整原则。楼层间的剪切变形及扭转变形是一般高层建筑的重点。 (3) 结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的调整原则。Tt与T1之比应根据《高规》第4.3.5条规定小于0.90。另外, 应明确对高层建筑剪力墙结构设计优化的目的, 即在保证整个结构安全可靠的前提下在做到经济合理, 而不是减少原有安全储备, 降低工程造价。建筑结构的抗震设计原则经过多年的创新与完善, 已经取得了较大的成就, 但是, 当代建筑结构的抗震设计中也存在一些问题, 因此我国抗震设计原则应不断完善, 弥补自身不足, 促进建筑结构整体的发展

摘要：本文分析了当代建筑结构抗震设计的总体思路, 讨论了当代建筑结构中加强延性能力抗震设计原则, 阐述了我国当代建筑结构的抗震设计原则存在的不足, 又提出了当代建筑常用的抗震设计分析法。

关键词：高层建筑,剪力墙,结构优化

参考文献

[1]郭靳时, 孔枫, 孙健;结构隔震设计方法与应用[J];吉林建筑工程学院学报;2005年01期;15-17

[2]董艳英;阻屈耗能支撑 (BRB) 系统耗能的全过程有限元分析[D];河北理工大学;2005年

[3]颜鹏;刚性连接钢框架-内填钢筋混凝土剪力墙结构体系的滞回性能及抗震设计对策[D];西安建筑科技大学;2006年