高層建築結構的剪力牆要點

　　剪力牆又稱抗風牆、抗震牆或結構牆，在高層建築應用也非常廣泛。下面就由小編為你帶來，希望你喜歡。

　　高層建築結構的剪力牆設計

　　高層建築結構中主要受力的構件包括框架樑、柱、樓板和剪力牆。其中作為垂直構件的混凝土剪力牆是其提供結構剛度的第一構件，它在高層建築當中承受結構的絕大部分橫向荷載和垂直荷載。而當高層建築的受力結構主體全部由剪力牆構件來構成時，就形成了通常所說的剪力牆結構。在剪力牆結構中單肢的剪力牆承擔了所有的橫向荷載和垂直荷載。混凝土剪力牆結構是一種較為優良的結構體系，屬於剛性結構，其剛度和強度都比較高並且具備一定的展延性，傳力也均勻直接，有不錯的抗倒塌能力和較高的整體性。高層建築混凝土剪力牆的結構設計應從下述幾個方面來考慮。

　　1 合理的結構佈置

　　所有民用建築的結構佈置都應儘可能遵循簡潔、規則的原則，保證結構的質心與剛心相一致，而對於剪力牆結構來說，剪力牆的方案佈置、牆肢的長短等均應合理。因為底部框架——剪力牆結構中的剪力牆屬於低矮牆，且其抗剪剛度相對較大，所以如果平面形式複雜、佈置的牆肢較長，就很容易出現受力過於集中、區域性剛度過大的現象，甚至往往出現只佈置極少的剪力牆就能滿足上下層的抗側剛度比限值的情況。所以在剪力牆佈置方案上必須要堅持對稱、均勻、周邊、分散的原則，且牆片不宜過長，牆片平面形式也不宜採用增強抗側剛度的“T”、“L”等平面形式，而應儘可能採用“一”字平面形式。同時還應控制好剪力牆的最大間距，以滿足規範的要求。縱向剪力牆還應在外縱軸佈置好開窗洞的剪力牆，這樣就能大大增強其橫向抗傾覆的能力，以避免邊柱產生過大的拉力和壓力。

　　2 建築高度和層數要求

　　根據資料和研究證明，隨著樓層數的增加，剪力牆結構的震害將會加劇，所以規範對於結構形式為剪力牆結構的建築物的高度和層數有著嚴格的限值要求。其中的建築高度指的是從室外地面至簷口或者屋面板板面的高度，對於半地下室結構則從室內地面算起，而對於全地下室或者嵌固條件較好的半地下室則仍然應從其室外地面算起。對於那些帶閣樓的坡屋頂則應算至山牆的半高處。

　　3 抗震要求

　　根據歷史上地震的記錄及其分析研究，之所以底層框架——剪力牆結構會產生嚴重的破壞，究其原因就在於其上部剛度和底層剛度之比太過於懸殊。因而導致當地震集中作用到底層時，就會因為底層剛度較上部結構要小得多而造成底層彈塑性的明顯且突出的集中變形的現象。所以控制上部剛度和底層剛度之比是非常關鍵的。對於不同的抗震設防烈度，抗震要求也有一定的區別。

　　4 底層框架柱佈置

　　如果剪力牆結構的底層是全框架的結構形式，那麼在其內柱X、Y向軸線的砌體牆中均應設定構造柱或者框架柱，且其底部全框架結構的柱距不宜太大，一般要求控制在到八米以內，而且每根框架樑上最多隻能設定一道非落地的剪力牆。從使用功能來講，通常底部全框架結構的民用建築大部分為商住樓，而該跨對應的上部結構即可分割成兩個開間，無論上部結構是用作辦公還是住宅，該跨所對應的上部結構開間的尺寸都能夠達到填充砌體結構所能達到的功能，以此來控制每根框架樑上部僅設定一道非落地牆。與此同時考慮到大框架樑的樑高一般控制在樑跨的八分之一到五分之一，而如果柱距過大，就會使得樑截面及其配筋率出現超限，而且增加上部結構非落地牆的數量也會使這種現象趨於嚴重。

　　5 過渡層的設計

　　對於存在過渡層或者轉換層的剪力牆結構，比如底層框架剪力牆結構，其過渡層或者轉換層的剪力牆牆體在地震中需要提供的抗傾覆力矩和抗剪下力最大，且其受力也最不利。除此之外，由於在垂直均勻荷載的作用下，過渡層或者轉換層的剪力牆牆體處於拉剪或者者壓剪的應力狀態，而一旦有橫向荷載作用時，過渡層或者轉換層的剪力牆牆體的橫向承載力及其抗裂效能都將相應地降低。根據試驗表明，在垂直和反覆橫向荷載的作用下，過渡層或者轉換層的剪力牆牆體的橫向承載力大約會降低兩到三成。而如果按驗算一般牆體橫向承載力的方法，當其託樑的高跨比或者者垂直荷載較小時，就將會過高地估計過渡層或者轉換層剪力牆的抗震承載力，從而降低結構抗震的安全可靠性。因此過渡層或者轉換層應在每開間設定圈樑以及構造柱，以形成類框架體系，從而增強過渡層或者轉換層傳遞地震剪下力的能力，並大大增加其展延性以及耗能能力。

　　6 連樑設計

　　剪力牆的連樑是一件耗能構件，因此它的剪下破壞將對抗震不利，並會使結構的延性大大降低。在設計過程中就要注意對連樑進行強剪弱彎的驗算，以保證連樑的剪下破壞晚於彎曲破壞。所以切忌人為來加大連樑的縱筋，這樣就有可能無法滿足其強剪弱彎的要求，也不能單純地認為加大箍筋就一定能保證其強剪弱彎的要求。因為當連樑不能滿足其截面控制條件時，一味盲目地增加箍筋必然會導致連樑在其箍筋還未充分發揮作用時就發生剪下破壞。而連樑截面的抗剪計算中，對於那些跨高比大於2.5的連樑，應注意將其剪力設計值乘以增大系數。

　　7 長牆肢的處理

　　高層建築剪力牆的結構還必須具備足夠的展延性，特別是對於呈高細形狀的剪力牆***即高寬比超過二***而言，就具有較好的展延性和彎曲破壞的屬性，從而能夠很好地避免發生脆性剪下破壞。然而在牆肢長度比較長的情況中，為了滿足其每個牆段的高寬比都超過二，就可以採取開洞的方式來將長牆分割成為獨立的、小而均勻的牆段。此外，當其牆段的長度較小時，因受彎而導致產生裂縫的寬度也比較小，這樣就可以充分地發揮出剪力牆牆體配筋的作用。另外對於剪力牆結構當中存在的不多的長度超過八米的剪力牆長牆肢而言，在理論計算當中其樓層的剪力絕大部分都是由這些剪力牆的長牆肢來承擔。因此在發生地震尤其是超烈度的強震時，這些長牆肢就是最容易遭到破壞的。而短牆肢則會因沒有足夠多的配筋，從而使整個牆面的結構遭到全面的破壞。為了避免這種不利的現象發生，因此對於大於八米的長牆肢，可以通過以下兩種方法來處理：

　　7.1 採取開施工洞，也就是在施工的過程當中於牆上留洞，而混凝土結構完成時再砌築填充牆體，從而將長牆肢分隔成為短牆肢。

　　7.2 採取開計算洞，也就是在進行結構設計PK計算的過程中假設有洞，而在繪製施工圖時卻不留洞，從而通過這種特殊的計算方式來加強其它的短牆肢的配筋。對於這種方法而言一般適合用作地下室外牆等不允許開施工洞的長牆肢。

　　高層建築剪力牆問題分析

　　剪力牆是一切複雜的根源。目前的結構分析軟體情況下，對於空間杆元結構的分析，得出的結論基本上一致。但是對於剪力牆採用計算模型的不同，產生的差異較大，有牆元模型、殼元模型及膜元模型。

　　其它：

　　1.考慮剛性樓板假定的原因，是基於同一種條件下對結構指標的判斷。是基於層模型的分析判斷。主要為整體控制指標的計算時採用，如層間位移角、扭轉位移比、週期比、結構底部抗傾覆力矩計算、結構剪重比計算、結構的剛重比計算等。

　　不考慮剛性樓板假定的工況：結構構件的分析計算，即樑、板、柱、牆。

　　2.週期比的判斷，應採用剛性樓板假定，對不符合剛性樓板假定的結構，扭轉週期比的判別將無實質意義。

　　3.位移比***扭轉位移比***的判斷，採用剛性樓板假定，應取單向地震作用的、按規定水平力計算的;並且考慮偶然偏心。

　　4.位移角：結構樓層位移和層間位移控制值驗算，採用CQC效應組合，且可不考慮偶然偏心的影響。

　　5.地震作用計算：單向地震時，應考慮偶然偏心，緣於結構實際剛度和質量分佈相對於計算假定值得偏差，實際地震時存在地面扭轉分量，結構彈塑性反應時抗側力剛度退化程度的不同。採用考慮偶然偏心的方法是簡便實用的方法。

　　6.雙向地震：《抗規》5.1.1條：質量與剛度分佈明顯不對稱的結構,應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。扭轉位移比大於1.2，可認為質量和剛度處 於明顯不對稱狀態。規範對雙向地震的計算是對x方向地震和y方向地震***均不考慮偶然偏心***的再組合。但是和單向地震作用結果不同，單向地震作用考慮偶然偏 心***EXM、EYM或EXP、EYP***。

　　7.重力荷載代表值屋面活荷載是否計入的問題：對於不上人屋面可不計入。對於上人屋面，應計入;因為實際工程中屋面具有較強的使用功能。

　　8.最小剪重比：對於長週期結構，同烈度時場地條件好的結構不容易滿足，存在一定問題。目前存在兩種爭議，最小剪重比和剛度都需要滿足規範的要求，以及在 滿足剛度要求的情況下可以不需要滿足最小剪重比的要求。大多數結構處於速度控制段，按規範的方法過於計算複雜，可直接按照加速度控制段的調整方法計算。偏於安全。

　　9.樓梯間的問題，按照平法圖集底端滑動的做法有以下方面的問題存在：a，時間長以後滑動支座是否還能滑動;b，梯板下端滑動後對結構產生如何新的影 響;c，框架柱被樓梯平臺分割成短柱的問題仍然存在。建議採用樓梯間梯柱為框架柱，沿著樓梯建周邊設定暗樑。並且梯柱按抗震要求進行抗震等級構造措施。在模型中建立樓梯進行計算是下策。

　　10.強柱弱樑：實際地震中難以實現強柱弱樑破壞。主要原因是彈性模型加大了樑端負彎矩;裂縫計算時，內力取值位置與實際位置不統一，導致裂縫過大，從而 加大了配筋;樑底部配筋加大過多;現澆樓板對樑端實際承載能力的影響。設計中宜：考慮塑性內力重分佈，設定樑淨跨單元;正確區分樑跨中配筋和樑端底筋配筋 要求的不同性。當樑底多排鋼筋時，第二排可在柱截面外截斷。

　　11.剛性樓板假定：剛性樓板假定和強制剛性樓板假定不同。

　　剛性樓板假定：平面內無限剛，片面外剛度為零。板的自由度為3個。

　　強制剛性樓板假定：不區分剛性板、彈性板或獨立的彈性節點，位於一個樓層時，均強制從屬一個剛性板。

　　注意：對於複雜結構，如不規則坡屋頂、體育館看臺、工業廠房，或者柱、牆不在同一標高***躍層柱***，或者沒有樓板等情況，如果採用強制剛性樓板假定，結構分 析會嚴重失真***即計算出的結果不具有參考意義***。對這類結構可以檢視位移***詳細輸出***，或觀察結構的動態變形圖，考察結構的扭轉效應。

　　對於錯層或帶夾層的結構，總是有大量的躍層柱，如採用剛性樓板假定，所有躍層柱都將受到約束，造成計算結果失真。***從實踐看，位移角不滿足1/550的不一定實際不滿足***。

　　建議：對於廠房結構不採用剛性樓板假定，而是根據計算出的最大位移角的數值和樓層層高進行判斷。

　　12.屋面板溫度筋:雙層雙向設定。樑構造鋼筋,改為抗扭鋼筋。

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