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【摘 要】在高层建筑的结构设计中,如何确保结构的稳定性以及安全性成为建筑发展的方向.而剪力墙结构具有整体性强、结构刚度大以及结构用钢量较少等特点,它在高层建筑结构设计中得到了越来越多的应用.文章主要针对高层建筑结构设计中剪力墙结构设计要点做简要阐述.
【关 键 词】高层建筑；结构设计；剪力墙结构；刚度
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0引言
在高层建筑中,剪力墙结构具有较高的结构刚度、较大的承载能力、良好的结构整体性、较少的钢材用量等特点,它主要由墙肢和连梁两种构件形成承重和抗侧力结构体系.研究发现,对于同一座高层建筑项目,选择不同的结构类型,其结构稳定性能具有较大的差别.而剪力墙结构可以确保高层建筑的安全、稳定、经济、耐久、合理等.因此,剪力墙结构已经广泛应用在高层建筑结构设计中,剪力墙结构优化设计显得尤为重要.
1高层建筑剪力墙的受力特点
研究发现,高层建筑剪力墙结构可以抵抗较大的水平荷载的作用,因此在较大地震灾害发生时,剪力墙结构可以起到较好的抗震效果.同时,剪力墙结构还有较大的抗侧移能力、结构刚度大、消震能力强等特点.
（1）结构延性.与低层建筑结构相比,高层建筑结构由于高宽比较大而具有较大的柔和性,在较大地震灾害发生后,它会产生较大的侧向变形,而剪力墙结构变形能力相对较差.因此在高层建筑剪力墙结构设计时,需要对结构的延性进行多次测试,并应用合适的建筑材料以及采取相应的措措施使剪力墙结构具有良好的延性以提高结构的抗倒塌能力.
（2）轴向变形.在进行高层建筑轴向结构设计时,要明确高层建筑结构承受荷载的基本情况.研究表明,随着建筑结构高度的增加,其所承受的竖向荷载则会越大,且竖向荷载与高度两者表现出一次线性关系.这样则会增大连接柱的轴向变形,使连续梁的弯矩受到较明显的影响.此外,预制梁结构施工材料也会受到较大的影响.因此,在高层建筑剪力墙结构设计时,要控制结构的轴向变形,并优化剪力墙设计,确保建筑结构的稳定性
（3）水平载荷.建筑结构在承受竖向荷载作用的同时,还承受风荷载、地震作用等水平荷载.当建筑结构的整体高度比较低时,由结构本身的重力引起的竖向荷载对结构的作用比较明显,水平荷载作用在结构上,产生的内力和位移相对比较小,有时在计算中可忽略水平荷载的影响；而较高层建筑的结构设计中,却往往由水平荷载起控制.剪力墙具有强度高和刚度大的特点,不但可以承受结构自重、活载、雪载等竖向荷载,还能很好的抵抗风荷载、地震作用等水平荷载.高层建筑结构设计,既要确保结构的刚度、强度以及充足的抗震性能等关键因素,同时还要设计多道抗震防线,减少因结构部分部件链接失效使得整体结构丧失稳定性能.
（4）结构侧移.研究发现,在低层或多层建筑结构设计时,根据建筑结构所承载的永久荷载和可变荷载进行结构设计时,柱、墙、楼梯或电梯井可以承受大部分的水平荷载的作用.关键在于抗剪的设计,在高度较小
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2剪力墙体系结构设计
2.1剪力墙抗震结构设计.在地震灾害多发地区,高层建筑结构的设计,本质上属于结构抗震概念设计,它是在总结当地地震灾害的发生规律以及工程经验的基础上,以抗震设计理念为主导,正确的选择高层建筑结构的总体方案,选取合适的结构体系,以达到结构的抗震性能.一般在高层建筑选址时,应首先选择抗震有利的地段,然后结构设计时应选用整体性能较好的基础类型及结构体系,结构体系应该具有合理的传递地震作用的途径,结构构件不但应具有很好的强度和刚度,还必须具备较好的延性,并应设置多道抗震设防防线,同时要消除因建筑体型不规则所产生的结构侧移刚度突变现象的发生.
对于任何一座建筑结构的设计,其水平和竖向结构体系设计的基本原理是相似的.但是随着建筑结构高度的增加,高层建筑结构设计的限制因素将发生变化：由于高度的增加,结构的竖向荷载成为结构设计的主要控制因素,较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒尺寸来承担,而地震作用也随之相应增加,从而导致侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形明显增大.所以必须科学严谨的进行设计,确保高层建筑结构的稳定性能.
2.2剪力墙的布置设计.在进行剪力墙选型布置时,需要根据建筑结构的特点以及建筑使用功能进行合适的设计.剪力墙应尽量布置在建筑物的端部、转角、平面突变处以及荷载较大的部位,如山墙、楼电梯间等.同时剪力墙布置应双向均匀、间距合理（如表1）,尽量使平面的刚心和重心重合,这样可以有效地减少地震作用下的扭转效应.截面形式宜采用“I”、“L”、“T”型等组合墙形式,少用一字墙、不宜采用太多短肢墙,确保剪力墙的稳定性和延性.
表1剪力墙间距
注：B为楼面宽度,单位m.
2.3剪力墙厚度设计.在高层建筑的剪力墙结构设计时,设计人员要明确剪力墙的厚度要求,确保高层建筑的稳定性,在剪力墙结构设计时需注意以下几点：第一,剪力墙需要有合适的厚度,使得剪力墙的稳定性、刚度和强度得到基本保障.在计算剪力墙厚度时,建筑设计师需要根据结构层高的最小值选取合适的剪力墙结构厚度,并为建筑施工人员提供施工便利；第二,在确定剪力墙结构厚度时,需要确定剪力墙结构的支撑点,例如,剪力墙与剪力墙相交处以及剪力墙与楼板交接处均可以作为支撑点；第三,在高层建筑结构抗震设计时,要根据高层建筑的层数以及施工材料进行底层结构加强设计,若高层建筑处于地震发生频率较大的区域上时,需要加强底部剪力墙结构厚度,这样可以很大程度上提高建筑结构的抗震性能.
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2.4剪力墙的配筋设计.剪力墙的钢筋包括墙身分布筋和边缘构件内的纵筋与箍筋.墙身水平分布筋主要承受水平剪力,其作用相当于箍筋,一般布置在竖向钢筋的外侧.边缘构件内的纵向钢筋主要是抵抗水平力作用下所产生的弯矩,同时,它与箍筋一道压缩墙肢端部的混凝土,大大的提高了剪力墙的抗压变形能力.设计人员在进行剪力墙配筋设计时,必需清晰的了解各种钢筋所起的作用,在满足最小配筋率的基础上根据剪力墙的形状、受力特征以及所处的结构部位进行科学配筋,在满足强度要求的前提下,最大限度的提高剪力墙的延性和耗能能力,确保结构安全.
3结束语
综上所述,由高层建筑结构特点可知,为了满足结构具有较高刚度与强度以及充足的抗震性能等关键因素,减少因结构部分部件链接失效使得整体结构丧失稳定性能.需要在高层建筑剪力墙结构设计时,加强对剪力墙结构承受结构自重、风荷载、雪荷载、地震作用等设计.
参考文献
[1]李桂萍.浅谈高层建筑剪力墙机构设计要点[J].科学之友,2011（6）：34-36.
[2]蔡振钦.对高层建筑剪力墙机构设计探讨[J].建筑与工程,2010（13）：26-28.
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