高层住宅建筑剪力墙结构的设计与优化

　　【摘要】城市化进程的加快，城市人口急剧增加，刚性需求和用地矛盾日益突出，高层建筑如雨后春笋、拔地而起，混凝土剪力墙结构是高层住宅建筑一个重要的结构形式，本文就该结构的形式及如何布置为研究视角，通过分析探索高层建筑物混凝土剪力墙的设计与优化做法，望能有助于实践。
　　【关键词】高层；结构；剪力墙；开洞；设计
　　随着城市化进程的加快和建筑技术的提升，高层建筑成为了当前城市住宅建筑的主流，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）中的规定，我国将10层及10层以上的民用建筑，或是房屋高度超过了28m的混凝土结构民用建筑物定义为高层建筑。本文研究的就是高层住宅建筑剪力墙结构的设计与优化策略。
　　一、剪力墙的划分及其结构形式
　　1、根据高层建筑剪力墙开洞率及自身受力特性受开洞的影响实施划分
　　单片剪力墙根据高层建筑剪力墙开洞率及自身受力特性受开洞的影响实施划分，可以分为如下几种类型如表1所示。
　　除了表1所列出来的四种规则开洞的剪力墙类型外，设计中常见的有错洞剪力墙和叠合错洞剪力墙等一些不规则开洞的剪力墙。
　　2、根据墙体的高宽比实施划分
　　根据墙体的高宽比实施划分，通常可以将高层建筑剪力墙分为高、低矮剪力墙两种形式。
　　3、根据竖缝及配筋的设计方式实施划分
　　根据竖缝及配筋的设计方式实施划分，通常可以将高层建筑剪力墙分为普通配筋剪力墙、带暗支撑剪力墙、带竖缝剪力墙和交叉配筋剪力墙等等形式。其中带暗支撑剪力墙、带竖缝剪力墙两种形式（如图1所示）在实际工程结构设计中最为常用。
　　二、注重空间布置，提高剪力墙结构性能
　　大量工程实践经验表明，注重剪力墙的空间布置可以提高其结构性能，具体在设计上应从如下几个方面出发由实际的工程经验可知，对于剪力墙的布置应注意以下几个方面：
　　1、注重剪力墙布置方式上的设计，为了更好地提升剪力墙的结构功能，空间上剪力墙沿主轴方向或其他方向均应该科学的布置，比较适合布置方式为双向或多向布置，实践经验表明，对于不同方向剪力墙在设计上应有效地联结，构成整体结构性能，研究结果表明，空间上的科学布置有效地实现了拉通、对直的作用，促使剪力墙空间工作性能能够最优化。
　　2、注重剪力墙竖向布置的连续性，剪力墙结构设计比较忌讳的就是竖向刚度的突变，在地震中容易造成局部破坏甚至影响结构整体安全。为了有效地避免不良的刚度突变的发生，剪力墙在布置上科学的做法是从下到上连续地实施布置。
　　3、注重剪力墙的结构刚度要求设计，大量实践经验表明，沿高度的方向结构刚性要求上在合理的范围内应允许改变墙的厚度和混凝土的强度等级，或是减少部分墙肢，这样的刚性要求目的在于确保剪力墙结构侧向刚度逐渐沿着高度的方向连续地减小。大量实验研究结果显示，如果剪力墙在实验中沿着高度处于非连续的刚性变化，将会导致高层建筑的结构沿着高度方向刚度有可能出现突变现象，不利于结构抗震效果的发挥。
　　4、注意过长剪力墙的设计，在实际的工程项目中，有时由于建筑功能的要求，剪力墙的长度有可能要求比较长，该情况在设计上如图2所示，做法上可以借助于弱连梁对剪力墙实施分段连接处理。
　　5、注重剪力墙洞口布置的设计，从工程实践经验来看，剪力墙的开洞方式对剪力墙的力学性能构成了重大的影响。从剪力墙的物理力学性能要求来看，剪力墙的门窗洞口开洞方式的设计原则上要确保其上下对齐，成列地科学布置，工艺墙肢和连梁的布置尤其要求科学合理，因为它们应力分布非常的规则，借助于规则的设计能够有效地保证达建筑的安全性能维持在较高的水平。
　　当然，如图3所示在实际的工程项目中，建筑有时需要有不规则开洞的剪力墙，例如图3-1为错洞剪力墙；图3-2和3-3为叠合错洞墙。不规则的开洞形式对结构的抗震性能是极为不利的，在无法避免时，设计上应注意以下两点：
　　（1）对于一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位应杜绝使用错洞墙，对于工程中的其他部位如果必须使用错洞墙时，错开洞口水平之间的距离应确保≥2000mm（如图3中的3-1所示），设计时应综合多种因素仔细地进行计算与分析，在洞口的周边应有针对性地布设有效的构造措施；
　　（2）对于一、二、三级抗震等级的剪力墙，无论在什么部位都不可以采用叠合错洞墙，除此之外且必须要用到叠合错洞墙时，在其布置时必须借助于有限元的方法进行仔细的计算和分析，同时应该在洞口周边布设加强措施（如图3中的3-2所示），或者采用其他轻质材料填充（图中阴影部分），如此一来可讲叠合洞口等效看作为框架结构（如图3中3-3所示）。
　　参考文献
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