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摘要：近年来，建筑行业的发展十分迅速，越来越多的现代化建筑也逐渐的投入到了建设中，高层住宅已经成为了住宅建设中的重点内容，而由于高层住宅涉及的建设内容比较复杂，建设的难度也比较大，对其建设的性能要求也比较高，在其设计中就需要采取科学的结构类型，剪力墙结构在高层住宅建设中使用比较广泛，有效的提高了住宅的稳定性，下面，本文就针对高层住宅剪力墙结构设计及其力学性能进行分析，来了解其对高层住宅性能具有的作用。
关键词：高层住宅；剪力墙；结构设计；力学性能
前言：在高层住宅的建设中，剪力墙结构是使用十分广泛的，和传统住宅类型相比，高层住宅的建设要求更加严格，对其安全稳定性的要求十分高，而剪力墙结构的设计就具有良好的安全稳定强度，为了充分发挥剪力墙结构的效果，就需要做好对高层住宅剪力墙结构设计，并对其力学性能进行分析，保证其满足建设的要求，这也是本文主要研究的内容。
1.高层住宅剪力墙结构设计
1.1结构平面布置
在高层住宅剪力墙结构的设计中，其结构平面的布置是重要的内容，其结构平面的布置和柱网布置都要满足建筑的要求标准。剪力墙布置一定要合理，同时还要满足使用与计算的要求，剪力墙的结构一般要设计为双向的抗侧力体系，在进行抗震的设计中，其结构的主轴方向都要布置相应的剪力墙。剪力墙的水平荷载具有多向性，特别是在地震的作用下，因此，其结构要在多方向上布置一定抗侧力的构件，来抵抗产生的水平荷载，使其结构各方向都具有良好的刚度与承载能力。在框架的剪力墙结构设计中，其剪力墙作为主要抗侧力的构件，特别需要设计成双向的抗侧力体系，若是在某一方向设置了剪力墙，就会造成其剪力墙方向出现抗侧力的不足，一旦发生地震，就可能导致其结构于某一平面方向上遭到破坏，同时由于两主轴方向上存在刚度的过大差异，还会导致其整体的结构出现扭转[1]。
在剪力墙的布置中，要按照“均匀、对称、分散、周边”进行，根据高层建筑的主体结构具有的平面特点，其剪力墙要均匀的布置于建筑物周边，充分发挥其抗扭的作用，住宅楼的电梯间与恒载较大部位也要进行剪力墙的设置，来进行楼盖和剪力墙间剪力的传递，其纵横向的剪力墙也要尽量的连接一起，也可以设计为带边框剪力墙来增加剪力墙刚度以及抗扭转的能力，剪力墙布置要均匀分布，与单片墙刚度要接近，对于墙肢较长的位置还要开洞，如果纵向比较长，其纵向的剪力墙也要按照纵向进行分布，另外，剪力墙数量要适量，如果过多就会导致结构的抗侧力具有的刚度过大，从而加大了地震的作用和地震的效应。
1.2结构竖向布置
在高层住宅建设中，住宅还要具有良好的竖向承载力，因此，在其竖向也要布置相应的剪力墙，在竖向结构的布置中要满足简单规则和减少偏心要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆竖向结构侧向的刚度一般要下大上小，进而逐渐均匀的变化，不能使用竖向的布置出现严重的不规则结构，在高层住宅的抗震设计中，其楼层的侧向刚度一般不要小于其相邻上部的楼层的70%侧向刚度，或者和上相邻的三层侧向80%的刚度。高层住宅塔楼的结构和底盘的结构质心之间的距离要不大于其底盘20%的边长，若是下部的楼层层高比较高，而上部的楼层层高比较小，则下部的楼层刚度就比较弱，进行结构的布置中，要遵循下刚上柔和均匀变化原则，调整其结构构件刚度以及截面的尺寸，来进行连梁高度的降低[2]。
1.3剪力墙连梁的设计
在剪力墙的结构设计过程中，与剪力墙连接的连梁一般是很难全部符合其要求的，因此，就要重视对剪力墙的连梁设计。高层住宅于水平力的作用下，其连梁内力是比较大的，在设计的时候，可以采取加大其剪力墙洞口的高度、于连梁中部进行水平缝的设置以及对连梁的刚度折减等措施，来对连梁的内力进行降低，一般使用洞口尺寸的调整和连梁内力调整比较多，加大剪力墙的洞口尺寸具有非常显著的连梁内力减少效果，在连梁的高度低于300 mm的时候，在进行内力的计算中就会忽略该梁，不计算其配筋，则对某些连梁的超筋情况，如果其破坏没有对承受的竖向荷载产生明显的影响，就可以考虑大震的作用下该连梁并不参与工作来进行结构内力的分析[3]。在框架的剪力墙结构设计中，其一端和框架柱进行连接，为了避免其另一端和剪力墙连梁出现超筋，就可以调整其连梁截面的尺寸、在连梁相连剪力墙中开设相应的结构洞，也可以把连梁和剪力墙连接端设计为梁墙铰接的情况，实现只传递其集中力而不传递相应的弯矩，这种方法就能够符合梁柱端和梁跨中抗弯的承载力标准要求，在梁跨度比较大的时候，还要验算梁挠度以及裂缝的宽度。
2.高层住宅剪力墙结构力学性能分析
2.1结构弹性分析
结构弹性是高层住宅剪力墙力学重要的性能体现，对其结构弹性的分析主要使用SATWE与PMSAP相关软件实现，对其弹性的分析主要考虑到扭转耦联的振动影响，利用振型分解的反应谱法同时还要对偶然偏心影响进行考虑。通过对剪力墙结构弹性分析，要保证其自振周期以及结构的总质量与基底的总剪力之间的结果差要低于3%，其第一的扭转周期和第一的平动周期的比也要低于0.9，其有效质量的参与系数要高于90%，同时其楼层层间的最大位移和层高的比也要满足高规的要求。在剪力墙结构的平面布置中，为了加强其结构抗扭的刚度，剪力墙要尽量的沿周边进行布置，增加其边梁的高度，来弱化中间的剪力墙，并减小其梁的截面，对其进行计算，对偶然偏心地震的作用进行考虑，目前高层建筑结构应根据不同情况，分别采用下列地震作用计算方法：1高层建筑结构宜采用振型分解反应普法，对质量和刚度不对称，不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转偶联振动影响的振型分解反应普法。2高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。3高度超过200m的高层建筑，应采用弹塑性时程分析法。要保证其楼层的竖向构件最大的水平位移和平均值比值都要小于1.2，来满足其规范要求[4]。
2.2大震静力弹塑性分析
借助静力弹塑性进行分析，使用评估结构来对地震下结构的抗震性能进行研究，其静力侧向的荷载使用“CQC地震力”的模式，同时和“倒三角形”的层剪力加载模式进行对比和复核。在推覆荷载为7度的地震荷载下，要求其结构没有屈服情况的出现，这也就说明其结构满足了小震不坏抗震的要求，在推覆荷载为7度设防烈度的地震下，要求其结构基本处在弹性的状态，其竖向的受力构件也不能出现屈服，部分楼层连梁与框架梁可以出现一定的屈服参与，但其屈服的程度不能太深，在荷载达到了7度的罕遇地震时，其加强区的一些剪力墙就会进入到受拉屈服的状态，但墙肢不能出现受压的损伤情况，其非加强区的剪力墙可以顶部个别的墙肢进到屈服的状态，在结构的塑性屈服中，剪力墙屈服的时间一般明显晚于连梁，其屈服的数量也比连梁要明显的少有10%左右，这样才能满足强墙肢和弱连梁的设计原则[5]。
结语：综上所述，在新时期环境下，高层住宅的建设越来越多，剪力墙结构作为提高高层住宅安全稳定性的墙体结构，为了充分发挥其作用，就需要严格按照相应的标准来进行剪力墙结构的设计，这也是高层住宅建设中的重点内容。
参考文献：
[1]郭嘉欣.高层住宅剪力墙结构的结构优化布置及其抗震性能分析[D].华南理工大学，2015.109-110.
[2]刘博.某高层住宅剪力墙结构设计及其力学性能分析[D].河北工程大学，2014.00027-00027.
[3]伊永忠，魏伟.高层剪力墙住宅结构成本优化措施及应用[J].山东建筑大学学报，2017，32（3）：290-294.
[4]肖夏，李默.高层剪力墙结构设计常见问题与解决措施简述[J].装饰装修天地，2015（z2）.141-142.
[5]杨浩.短肢剪力墙结构在小高层住宅设计中的受力分析及应用研究[D].河北工程大学，2013.156-156.
论文作者:沈涛
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月下
论文发表时间:2018/9/27
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