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摘要：剪力墙又称为抗风墙和结构墙，在高层建筑的形式和功能多样化的今天得到广泛应用。本文就工程案例對剪力墙结构的设计进行探讨。
关键词：建筑结构；结构设计
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
一、剪力墙结构设计的特点
（一）水平荷载是高层剪力墙结构设计时的决定性因素
这是通过其自身重量和其他的垂直载荷的轴向力和弯曲力矩的大小的结构，唯一的建筑物高度的平方成正比；倾覆力矩和水平载荷的结构所产生的垂直分量的轴向力，相同的建筑，自重和竖向荷载作用基本上是恒定的水平荷载，风荷载和地震，随结构动力特性不同而变化。
（二）侧移是高层剪力墙结构设计的关键因素
水平荷载下结构的侧移变形随着楼房高度的增加迅速增大，因此水平荷载作用下结构的侧移应控制在规定限度之内。
（三）结构延性是高层建筑结构设计的重要设计指标
与低多层建筑相比，高层建筑结构在地震作用下的变形更大一些。为了能让结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，防止建筑倒塌，必须采取一定的构造措施，以保证结构具有足够的延性。
二、设计实例
本项目为24层的高层建筑大楼，该建筑高度为81．2m，该高层建筑底下3层主要用于商业活动，4层为设备夹层，其余层主要用于酒店，地下设有一层地下室。抗震设防烈度为7度，场地类型为II类。
（一）主体结构选型
由于本高层建筑为24层，高度为81．2m，属于高层建筑，同时结合高层建筑结构设计的特点，主体结构采用双向现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。该结构体系能较好地满足建筑使用功能，剪力墙结合建筑功能双向均匀对称布置贯通落地，结构横向高宽比为4．27，小于7，采用框架剪力墙结构能够满足结构抗震、抗风和承受重力荷载作用等各项技术要求，结构整体位移、稳定及构件节点延性也都能较好地满足要求。
（二）楼盖结构选型及楼屋面板设计
由于本高层建筑主体结构采用了双向现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，为了能与之相适应，楼盖结构也应选用现浇钢筋混凝土梁板结构。结合建筑平面布置，考虑有利于提高结构横向刚度，楼盖次梁沿横向布置，支承于纵向框架梁上。楼屋面板采用多跨连续板，其中商业层板厚120mm，其余层为l00mm。
（三）剪力墙截面
本高层建筑的剪力墙端柱以及剪力墙厚度，分别见表1和表2所示：
表1剪力墙端柱截面尺寸(单位：mm)
表2 剪力墙厚度（单位：mm）
（四）高层建筑结构设计及构造要求
结合本项目的高层建筑框架剪力墙结构为例，说明该高层建筑结构设计及构造要求。本高层建筑的框架剪力墙中的框架和剪力墙的截面设计除了满足框架和剪力墙截面设计的一般原则外，还重点采取以下几点设计要求：
（1）框架部分抗震等级、适用高度和高宽比的调整对本高层建筑进行抗震设计时，地震造成的对房屋的倾覆力由框架和剪力墙两部分共同承担。若由框架承担的部分大于倾覆力矩的50％以上时，说明框架部分己居于较主要地位，应加强其抗震能力的储备。如可以通过按纯框架结构的要求来确定其抗震等级或轴压比按纯框架结构的规定限制来实现。适用高度和高宽比则可取框架结构和剪力墙结构两者之间的值，视框架部分承担总倾覆力矩的百分比而定，当框架部分承担的百分比接近于0时，取接近剪力墙结构的适用高度和高宽比；当框架部分承担的百分比接近于100％时，取接近框架结构的适用高度和高宽比。
（2）框架剪力墙中框架总剪力的调整
框架剪力墙结构中，柱和剪力墙相比，其抗剪刚度很小，故在地震作用下，楼层因地震引起的总剪力主要由剪力墙来承担，框架柱只承担很小一部分，因此框架由于地震作用所造成的内力很小，而框架作为抗震的第二道防线，过于单薄是不利的，为了保证框架部分有一定的抗震能力储备，规定框架部分所承担的地震剪力不应小于一定的值。框架剪力的调整应在楼层剪力满足楼层最小剪力系数的前提下进行。
（3）构造措施设计
本高层建筑框架剪力墙结构中剪力墙的配筋的构造要求：剪力墙都是主要的抗侧力构件，承担较大的水平剪力。因此，必须规定剪力墙设计的最基本的构造要求，使剪力墙具有最低限度的强度和延性保证，同时本工程中还对剪力墙周边设置的梁和端柱，其配筋和截面尺寸也应符合相应的要求。
三、高层结构设计分析
（一）水平位移的控制设计
鉴于高层建筑受风荷载和地震作用的影响较大，为此本工程重点对风荷载和地震作用下结构的水平位移进行了分析。在承载力的使用条件下，高层建筑结构应具有足够的刚度，避免产生过大的位移影响结构的承载力、稳定性和使用要求。而在正常使用条件下，限制侧向变形的主要原因有：防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装饰开裂、损坏：过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移使结构产生附加内力。荷载作用下高层结构的水平位移按弹性方法计算，确保高层建筑结构的层问弹性水平位移应满足,本工程中。本工程中，结构在风荷载作用下，顶点水平位移，,
则，满足要求；最大层间相对水平位移：，满足要求。
本工程中，结构在地震荷载作用下，顶点水平位移，，则，，，满足要求；最大层间相对水平位移，
，，满足要求。
（二）结构整体稳定分析
鉴于高层建筑结构的刚度一般较大，且有许多楼板作为横向隔板，所以高层建筑在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性较小。高层建筑结构的稳定验算主要是控制在风荷载或地震荷载作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起结构的失稳倒塌。一般高层建筑结构构件的长细比不大，其挠曲二阶效应的影响相对很小，一般可以忽略。但由于高层建筑结构的侧移较大，重力荷载的P—A效应相对明显，可使结构的位移和内力增加，甚至导致结构失稳。因此，高层建筑结构的稳定设计，主要是控制和验算结构在风或地震作用下，重力荷载产生的p一△效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳。
本高层建筑结构中，经对其进行结构整体稳定验算，验算结果如下：l3～25层各层重力荷载设计值Gl=9384kN，4～12层各层重力荷载设计值G2=9572kN，13～25层各层重力荷载设计值G3=23816kN。
，取，
，因此，本高层结构的双向整体稳定满足规范要求。
四、结论
综上所述，在高层建筑结构设计中应重点注意框架部分抗震等级、适用高度和高宽比的调整、框架剪力墙中框架总剪力的调整、构造要求，对高层建筑的侧移控制以及结构整体稳定性进行验算分析，分析结果表明采取的设计方法可有效地提高高层建筑设计的经济性与安全性。
关键词：建筑结构；结构设计
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
一、剪力墙结构设计的特点
（一）水平荷载是高层剪力墙结构设计时的决定性因素
这是通过其自身重量和其他的垂直载荷的轴向力和弯曲力矩的大小的结构，唯一的建筑物高度的平方成正比；倾覆力矩和水平载荷的结构所产生的垂直分量的轴向力，相同的建筑，自重和竖向荷载作用基本上是恒定的水平荷载，风荷载和地震，随结构动力特性不同而变化。
（二）侧移是高层剪力墙结构设计的关键因素
水平荷载下结构的侧移变形随着楼房高度的增加迅速增大，因此水平荷载作用下结构的侧移应控制在规定限度之内。
（三）结构延性是高层建筑结构设计的重要设计指标
与低多层建筑相比，高层建筑结构在地震作用下的变形更大一些。为了能让结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，防止建筑倒塌，必须采取一定的构造措施，以保证结构具有足够的延性。
二、设计实例
本项目为24层的高层建筑大楼，该建筑高度为81．2m，该高层建筑底下3层主要用于商业活动，4层为设备夹层，其余层主要用于酒店，地下设有一层地下室。抗震设防烈度为7度，场地类型为II类。
（一）主体结构选型
由于本高层建筑为24层，高度为81．2m，属于高层建筑，同时结合高层建筑结构设计的特点，主体结构采用双向现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。该结构体系能较好地满足建筑使用功能，剪力墙结合建筑功能双向均匀对称布置贯通落地，结构横向高宽比为4．27，小于7，采用框架剪力墙结构能够满足结构抗震、抗风和承受重力荷载作用等各项技术要求，结构整体位移、稳定及构件节点延性也都能较好地满足要求。
（二）楼盖结构选型及楼屋面板设计
由于本高层建筑主体结构采用了双向现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，为了能与之相适应，楼盖结构也应选用现浇钢筋混凝土梁板结构。结合建筑平面布置，考虑有利于提高结构横向刚度，楼盖次梁沿横向布置，支承于纵向框架梁上。楼屋面板采用多跨连续板，其中商业层板厚120mm，其余层为l00mm。
（三）剪力墙截面
本高层建筑的剪力墙端柱以及剪力墙厚度，分别见表1和表2所示：
表1剪力墙端柱截面尺寸(单位：mm)
表2 剪力墙厚度（单位：mm）
（四）高层建筑结构设计及构造要求
结合本项目的高层建筑框架剪力墙结构为例，说明该高层建筑结构设计及构造要求。本高层建筑的框架剪力墙中的框架和剪力墙的截面设计除了满足框架和剪力墙截面设计的一般原则外，还重点采取以下几点设计要求：
（1）框架部分抗震等级、适用高度和高宽比的调整对本高层建筑进行抗震设计时，地震造成的对房屋的倾覆力由框架和剪力墙两部分共同承担。若由框架承担的部分大于倾覆力矩的50％以上时，说明框架部分己居于较主要地位，应加强其抗震能力的储备。如可以通过按纯框架结构的要求来确定其抗震等级或轴压比按纯框架结构的规定限制来实现。适用高度和高宽比则可取框架结构和剪力墙结构两者之间的值，视框架部分承担总倾覆力矩的百分比而定，当框架部分承担的百分比接近于0时，取接近剪力墙结构的适用高度和高宽比；当框架部分承担的百分比接近于100％时，取接近框架结构的适用高度和高宽比。
（2）框架剪力墙中框架总剪力的调整
框架剪力墙结构中，柱和剪力墙相比，其抗剪刚度很小，故在地震作用下，楼层因地震引起的总剪力主要由剪力墙来承担，框架柱只承担很小一部分，因此框架由于地震作用所造成的内力很小，而框架作为抗震的第二道防线，过于单薄是不利的，为了保证框架部分有一定的抗震能力储备，规定框架部分所承担的地震剪力不应小于一定的值。框架剪力的调整应在楼层剪力满足楼层最小剪力系数的前提下进行。
（3）构造措施设计
本高层建筑框架剪力墙结构中剪力墙的配筋的构造要求：剪力墙都是主要的抗侧力构件，承担较大的水平剪力。因此，必须规定剪力墙设计的最基本的构造要求，使剪力墙具有最低限度的强度和延性保证，同时本工程中还对剪力墙周边设置的梁和端柱，其配筋和截面尺寸也应符合相应的要求。
三、高层结构设计分析
（一）水平位移的控制设计
鉴于高层建筑受风荷载和地震作用的影响较大，为此本工程重点对风荷载和地震作用下结构的水平位移进行了分析。在承载力的使用条件下，高层建筑结构应具有足够的刚度，避免产生过大的位移影响结构的承载力、稳定性和使用要求。而在正常使用条件下，限制侧向变形的主要原因有：防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装饰开裂、损坏：过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移使结构产生附加内力。荷载作用下高层结构的水平位移按弹性方法计算，确保高层建筑结构的层问弹性水平位移应满足,本工程中。本工程中，结构在风荷载作用下，顶点水平位移，,
则，满足要求；最大层间相对水平位移：，满足要求。
本工程中，结构在地震荷载作用下，顶点水平位移，，则，，，满足要求；最大层间相对水平位移，
，，满足要求。
（二）结构整体稳定分析
鉴于高层建筑结构的刚度一般较大，且有许多楼板作为横向隔板，所以高层建筑在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性较小。高层建筑结构的稳定验算主要是控制在风荷载或地震荷载作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起结构的失稳倒塌。一般高层建筑结构构件的长细比不大，其挠曲二阶效应的影响相对很小，一般可以忽略。但由于高层建筑结构的侧移较大，重力荷载的P—A效应相对明显，可使结构的位移和内力增加，甚至导致结构失稳。因此，高层建筑结构的稳定设计，主要是控制和验算结构在风或地震作用下，重力荷载产生的p一△效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳。
本高层建筑结构中，经对其进行结构整体稳定验算，验算结果如下：l3～25层各层重力荷载设计值Gl=9384kN，4～12层各层重力荷载设计值G2=9572kN，13～25层各层重力荷载设计值G3=23816kN。
，取，
，因此，本高层结构的双向整体稳定满足规范要求。
四、结论
综上所述，在高层建筑结构设计中应重点注意框架部分抗震等级、适用高度和高宽比的调整、框架剪力墙中框架总剪力的调整、构造要求，对高层建筑的侧移控制以及结构整体稳定性进行验算分析，分析结果表明采取的设计方法可有效地提高高层建筑设计的经济性与安全性。