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【摘要】近年国家对各地区的结构抗震性能要求逐渐提高，人们对住宅使用功能要求越来越高，以及房地产开发单位对项目造价的严格控制。由于框架结构和框架―剪力墙结构中框架柱截面较大对建筑使用功能存在较大的影响。在一般高层房屋住宅建筑结构选材和结构形式上有了严格的要求，即高层住宅中混凝土剪力墙结构得到充分利用并受到人们的越来越多的关注。本文对高层住宅混凝土剪力墙结构的布置方式进行了分析，再对高层住宅中混凝土剪力墙结构的优化设计进行分析。
【关键词】高层住宅；剪力墙结构设计
1.高层住宅结构设计中剪力墙布置方式
剪力墙结构一般都是应用于超高建筑和高层建筑，而在高层建筑结构中，结构位移是结构设计的一个主要指标。其中包括层间位移比和竖向层间位移角。另外，伴随着住宅建筑高度的不断的增加，水平的荷载作用效应起主要控制作用。而剪力墙在平面内有很大侧移刚度，所以剪力墙是承载着来自高层建筑的绝大部分的水平作用和水平剪力。
在超高层建筑和高层建筑结构设计中，通过调整结构的侧向刚度来控制结构位移和层间位移角，而通过调整结构的扭转刚度来控制结构的扭转位移。剪力墙结构体系中结构的侧向刚度大小是可以通过剪力墙的截面来控制，例如剪力墙布置较多时，相对应的侧向刚度大；剪力墙布置较少时相对应的侧向刚度相对较小。另外通过剪力墙在建筑平面中的布置位置调整，可以控制剪力墙的扭转刚度从而达到控制结构扭转。结构的整体稳定、承载能力和刚度以及经济合理性的一种宏观控制。假如剪力墙体在高层建筑物中有比较合理的截面和平面布置，就会形成一个能够很好的抵抗墙体水平力的结构体系，此时还能够有效的分割空间，最大限度的满足建筑使用功能。
2对结构扭转影响的处理
《高规》4.3.5条规定：“结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期T1与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。”对于位移比超限的处理方法。可采取的方法有：调整最大位移发生处的附近洞口位置及尺寸，或最大位移发生处的墙肢厚度，以增加该处的刚度，减小位移。对于周期比的超限，可采取的方法有调整质心两侧剪力墙的位置及墙肢长度，使其质心与刚心尽量接近；尽量加大周边剪力墙，提高抗扭刚度，减少核心筒刚度，削弱结构侧移刚度，从而加大第一平动周期；其轴线通过或靠近结构刚心的剪力墙对结构抗扭刚度贡献不大，但对侧移刚度贡献较大，也必须削弱。
3剪力墙结构构件的合适含钢量
关于钢筋含钢量指标的计算方法，依据已知的现行标准进行参考的依据基础上进行计算。通常为计算范围内的相应结构钢材用量除以计算范围内的结构面积。1）结构钢材包含剪力墙、柱、梁、楼板、空调板、窗台板、阳台栏板、砌体拉结筋等混凝土结构的受力及构造钢筋；不含纯建筑的混凝土装饰构件、预埋件、混凝土墙梁与砌体间加挂的钢丝网、一楼为防潮而设置的架空预制板所含的钢筋。2）结构面积等于建筑面积与建筑赠送的但仍为结构楼板或屋面板遮盖部分的面积之和。例如层高小于2.2m部分，在计算建筑面积时只计算一半，在计算结构面积时全数计入。
高层建筑如因建筑的空间等方面的要求必须设置结构转换层时，转换层应有单独统计的含钢量指标。总的含钢量指标中应同时提供以下两种类型：1）不含转换层的面积及其用钢量的指标；2）包含转换层的面积及其用钢量的指标。
含钢量指标要求是以常规结构的实际建造面积计算的，这就提醒我们在统计含钢量时，务必以实际建造面积计算，而不是简单的以建筑面积计算，这样算出来的结果才能真正反应结构的含钢量水平的高低。
4对剪压比超限的连梁处理
剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的，尤其是在高烈度区，经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度，以减少连梁吸收的地震力，如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。此时，想通过调整使计算结果不超筋是困难的，也是没有必要的。就好比说，它原来没有这个能力，你非要让它有这个能力，这当然很困难。从连梁的作用来说，首先它是在两个墙肢之间传递内力，对墙肢起到约束作用，其次它是在地震来临时充当第一道防线，起到耗能作用。因此，对于减少连梁的高度仍然超筋连梁（指抗剪超筋）的设计原则应该是这样的：首先按该连梁截面能承受的最大剪力（高规JGJ3－20027.2.23）计算连梁抗剪箍筋；根据该剪力值计算出连梁端部弯矩（为简化起见，假设反弯点在中点），并作适当折扣（例如：一级乘以0.8），然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。这样做的目的是为了保证连梁的强剪弱弯，故意让连梁先出现塑性铰。当多遇地震来临时，连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力，出现塑性铰，端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系，连梁中的剪力也不再增加。而我们在设计的时候，已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力的情况，，抗剪能力是有富余的，所以此时抗剪不会破坏。在这种情况下，连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力，同时对墙肢有一定的约束能力，并具有变形耗能能力，破坏具有一定延性，基本上满足设计对连梁的基本要求。唯一与计算不符的是，连梁对墙肢的约束作用比计算的要小，其结果是墙肢的内力比计算值要大，可以在电算时对此类墙肢的地震力放大系数进行调整，按调整后的电算结果适当加强相邻墙肢的配筋。
5结构措施
在剪力墙结构中，建筑层次对其影响巨大，而上部剪力墙设计中的刚度、质量、抗震力等对下层产生重要影响，这就要求以有效的方式，进行上部剪力墙结构设计优化。
其一，减少混凝土使用量，减轻上层结构自重。在满足质量要求、楼板厚度和计算跨度比值、防火与设计管线要求的情况下，将上层楼板厚度进行控制为100mm，这既能够降低混凝土资源消耗，又能够减轻上部剪力墙的自重。在开间扩大剪力墙距离的标准下，以轻质隔墙代替一部分墙，采用梁柱代替楼板，在隔墙处进行梁柱设计，这既有利于提升可用空间，又能减轻质量，但在其设计中，由于建筑开间和建筑进深度较小，梁宽与隔墙具有相等厚度，再设计时，要避免露梁。
其二。抗震设计。进行纵向布置：转化层的上下等效侧向刚度比例一般在1.1-1.5之间，接近1.1，不得大于1.5，要强化下部，弱化上部，尽量防止薄弱层的出现，并通过计算分析，来确定可能存在的薄弱部位，通过分力分配特点研究，进行内力和构建配筋设计调整；尽量实现剪力墙落地，必要处采用L、T型结构设计；上部剪力墙厚度要降低，底层厚度要加大，如转换层以下剪力墙的厚度为250mm，上部为200mm，这对基层稳定，增强建筑抗震性具有重要作用。再就是，在进行T、L或十字型结构设计中，需要注意的是，对于小开口墙体配筋时，仅在洞口两侧配置构造边缘构件，而当腹板与冀缘不匹配时，则可适度放宽对冀缘边缘构件的要求，而在十字墙交叉部位也仅仅按照构件要求进行暗柱设计；剪力墙顶部要设置暗梁，且高度为400-500mm，并按照结构要求进行纵筋和箍筋配置，底部剪力墙设计时，尽量不要开洞，若必须开洞，则开小洞，并用轻质物质进行填充，以保持剪力墙的刚度。
6剪力墙结构设计分析
6.1、剪力墙结构设计应用于高层住宅的优势分析
在现代建筑设计中，必须考虑到建筑质量、建筑安全、建筑经济效益等，剪力墙结构作为经济性价比最高的设计方式，被广泛应用到高层住宅建筑设计中，而从其结构设计分析来看，其具有一定的优势：抗震性、减压力是衡量高层建筑质量的关键性标准，而结构布置对建筑抗震性产生重要影响。在高层住宅中，分隔墙较多、开间较小，这就要求具有轻质的材料应用，而剪力墙结构是一个局部概念，可有效降低承载墙的数量，这就减少了建筑压力，同时减少了建筑用材，具有经济性。从剪力墙外观设计来看，其设计整齐、没有露梁和漏柱，这就保证了建筑施工的美观性，也便于室内装修。由此看来，建筑设计处于实现其经济原则、安全因素、美观原则的需要，采用剪力墙结构进行设计具有优势性。
6.2、剪力墙结构设计的注意点
剪力墙结构设计中，要合理控制剪力墙结构的刚度、数量、转接层控制、设计计算等方面，以实现结构设计的合理性以及安全性。其一，剪力墙结构墙体越多，其带来的建筑压力就越大，造成地震的反应度就越大，易造成安全危及；剪力墙结构的刚度越大，地震影响力就越大，若配筋率低，则延性差，这就要求在进行设计中进行刚度、延展性以及抗压性设计。其二，在转换层控制中，要在建筑荷载能力的控制下进行，要依据强转换弱上部的原则进行设计，并可根据强柱弱梁的方式，进行框支架设计，以便于提升建筑的抗震能力。其三，在结构设计计算中，要在细算后预留一定的富裕量，按照相应的剪力墙系数标准进行设计；在进行剪力墙空间布置上，进行双向布置，来实现其空间结构的美观性，同时由于剪力墙自身的负重能力较高，在进行经济性计算分析中，要适度减少材料的投资，如剪力墙有钢量约占到50-65%，边缘构件约占30-50%，因此，其剪力墙的数量过多，则会引起严重经济浪费，所以，在进行经济含钢量计算时，一定要准确，以实现剪力墙设计的经济效益和环保效益。
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