简述结构设计高层建筑剪力墙结构设计分析

摘要：在高层建筑剪力墙设计中，要充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后，选择合理的布置形式。正确掌握计算分析方法，结构设计人员在设计工作中应不断总结，以期更好地掌握这种结构体系的设计方法。
关键词：高层建筑剪力墙 结构分析设计原则
Abstract: in the high-rise shear wall de

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sign, to fully grasp and understand the mechanical characteristics and failure mechani, choose the reasonable layout form of. Correctly grasp the calculation, structure design personnel should constantly sum up in the design work, in order to better grasp the design method of this kind of structure system.
Keywords: shear wall structure in high-rise building analysis and design principles
前言；在现代化社会发展中，剪力墙的应用极为广泛，特别是在大高层建筑结构中，更是随处可见，已成为整个建筑领域关注的重点环节。近年来的建筑发展趋势下，为了满足人们对住宅要求的提高，不断地思考和探索新的建筑结构模式已成为建筑业赖以生存和发展的首要内容，也是建筑领域未来发展的主要目标。剪力墙作为高层建筑结构中的主要环节，做好其合理、科学布置与设计极为关键，是最大条件下发挥材料性能的首要环节。

一、剪力墙结构的优缺特点

1.1剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省。在居住性建筑中，居室和客房均为小间，分隔墙较多，采用现浇剪力墙结构，可以将承重墙与隔墙合二为一，相对来说比较经济。另外，采用现浇剪力墙结构，室内较框架结构简洁，没有露梁和露柱现象，外形美观，便于室内布置。但是，也有一些缺点：①剪力墙结构的抗侧刚度大，引起较大地震反应，使得上部结构和基础费用增加；②由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，造成浪费；③剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；④剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率较低，使得结构延性较差。

1.2剪力墙的特点分类

在我国，剪力墙结构由于其具有抗侧刚度大，侧移小和抗震性好等一系列的特点，目前被广泛地运用到建筑结构设计中，特别是高层建筑。剪力墙的受力、变形特征虽然与框剪结构极其类似，但是它的刚度分配与内力分配比框剪结构更为合理。在国内现有的剪力墙中，如果从剪力墙是否开洞与其开洞尺寸的大小来进行分类，大致可以分为：整体小开口剪力墙、实体墙、壁式框架、双肢或多肢剪力墙四种类型。其中整体小开口剪力墙的开口面积>15%，但仍然属于开洞较小的墙：实体墙则是开洞面积<15%，或者完全没有开洞的墙：壁式框架的开洞尺寸较大，它的连梁线刚度与墙肢线刚度接近：双肢或多肢剪力墙的开洞尺寸同样比较大，有的双肢剪力墙的洞口还可能成列形状布置。

二、剪力墙结构分析

近年来，随着社会发展，钢筋混凝土剪力墙结构受到业内人士的重视。这种结构由于在施工中布置灵活、施工工艺简单、整体性效果好、抗荷载能力高以及能有效避免房屋露筋露梁的优势而得到了工程领域工作人员的认可，同时也给建筑结构的发展指明了新的方向。

2.1剪力墙概念

所谓的剪力墙主要指的是建筑结构中能够承载各种水平荷载的一种建筑结构，这种建筑结构又被人们广泛的称之为抗风墙、抗震墙。目前我们生活中所常见的剪力墙结构主要是用于抗风、抗震性能的一种墙体结构，这种墙体结构在发生地震的时候能够有效的吸收地震能量，防止墙体结构的剪力破坏。

2.2剪力墙结构的条件

剪力墙结构在设计的过程中需要对于地震、风力等发生的等级和发生率提前进行勘察，根据实际情况来设计一个科学、合理的剪力墙结构体系，使得墙体结构能够承受一定的荷载和地震，不至于出现地震就造成倾斜和破坏影响。在剪力墙结构设计工作中，当墙体结构较少的时候，如果墙体结构承受的第一振型底部地震倾覆力矩较小，结构底部的地震荷载是上部结构的1/3左右，这样能够有效地确保工作的合理、健全和完善，从而实现工作体系的综合、系统要求。

三、剪力墙结构设计原则

在目前的剪力墙结构设计中，通常都需要根据建筑工程的施工环境、地质情况、自然情况等多个因素进行综合分析，从而实现设计工作的合理、科学、有效进行。设计原则主要有以下几个方面：

3.1尺寸控制

剪力墙结构设计中，剪力墙的墙高、宽等尺寸都往往较大，而厚度却不是很小，几何特征是以板结构为主，但是在其受力形态的设计中却是趋向于主体结构的设计要求，但是与其他的柱体结构却存在着一定的差异，这些差异主要表现在肢长、厚度之间的比值，其比值往往都是小于3的时候应当按照柱体结构的要求来进行设计，而当比值在3—5之间的时候，我们可以将墙体结构判定为是异形柱，从而按照异形柱的设计流程和要求来进行受压构件的设计。

3.2平面构件设计

在剪力墙结构设计工作中，墙体本身就是一个平面构建，它承受几何特征的能力极低，极容易受到外部荷载的影响而出现一定的变化。由于剪力墙结构是一个集水平构建荷载和竖向荷载为一体的受力环节，因此在设计工作中，需要从水平和竖向两个环节入手去归纳和总结，从而使得整个结构体系都出现一定的变化和工作体系。在这种发展的基础上，对于剪力墙结构设计出了令其能够满足基础水平和荷载作用的同时，还必须要能够满足非弹性变形反复循环的延性要求，这一要求的存在对于结构设计的循环型极为关键。

3.3方向设计原则

我们在设计墙的时候，计算时要考虑到墙在纵里和横向延展里的结构下来进行分析计算的。我们在针对剪力墙承载能力的计算中，计算带翼墙的宽度按照门窗与洞口之间的翼缘宽度以及剪力墙之间的距离的最小值来取值，通常都是墙肢总高度的十分之一。

四、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

4.1剪力墙合理定位

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。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。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，应布置筒体(或一般剪力墙)，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。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。

4.2剪力墙中大墙肢处理

剪力墙在施工的过程中由于结构本身存在着延伸性要求，因此，结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性，这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下，剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙，且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式，这样一来，极容易出现脆性破坏现象。因此，在设计工作中，对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计，将其分割成为小而均匀的独立隔断，这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：即在施工时墙上留洞，完工时砌填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。
结束语；
在高层建筑的不断发展中，为了满足人们对所居住房屋的超高要求，我们在保证其建筑物结构安全的重要前提下，还需要在建筑物的设计层面不断地思考与追求，借鉴国外更高的建筑设计理念与技术，引进新高规和新抗震规范的材料设备，紧密结合我国当前的实际情况，不断提高建筑工程设计水平，尽可能地发挥工程效益。