商洛市建筑勘察设计院 陕西商洛 726000
摘要：本文就高层结构设计中框架结构、框架-剪力墙结构剪力墙的布置、剪力墙的延性设计、墙肢的设计、连梁的设计几点问题做以探讨。
关键词：高层 结构设计 问题
前言
随着经济的高速发展，我国高层建筑发展也进入了一个快步飞跃的时期，高层建筑主要以剪力墙和框架-剪力墙 结构为主，对结构的基本设计和特殊应力要求的分析都关系到建筑物的安全和稳定性。设计人员必须对每一个工程方案都做到细致入微，避免不合理的因素，做到全面考虑问题。剪力墙、框架-剪力墙结构主要是利用建筑物墙体作为建筑物的竖向承载体系，并用它抵抗水平力的一种结构体系。其侧向刚度大，整体性好，用钢量较省，缺点是自重大、建筑平面布置的灵活性受到墙体的限制。由于其良好的抗侧性、整体性和抗震性能，可以建造较高的建筑物。现就以下几点常见问题做以思考：
一、剪力墙的结构布置
（1）剪力墙体的布置宜沿主轴方向双向布置，墙肢布置宜简单规则，剪力墙的竖向刚度宜均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。
（2）剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高。剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。
（3）较长的剪力墙宜开设洞口，将其分为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙长较小，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体配筋能够充分的发挥作用，因此墙肢截面高度不宜大于8 m。
（4）控制剪力墙平面外弯矩，以保证剪力墙平面外的稳定性。应采取增与沿梁轴线方向与梁相连的垂直墙肢，或在梁与墙相交处增加扶壁柱、暗柱，对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接等方式，减小墙肢平面外弯矩。
（5）不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁本身不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝，因此应尽量避免。
二、剪力墙的延性设计
剪力墙结构或框剪结构抗震设计时要求剪力墙必须具备足够的延性，要做到这一点，必须注意以下几个方面：
1、强墙弱梁
连梁塑性铰先于墙肢出现，利用连梁的塑性变形耗散地震能。（1）合理设置洞口，使剪力墙由墙肢、连梁构成，形成多道抗震设防；（2）合理设计连梁。
2、强剪弱弯
地震力一般会使墙肢底部形成塑性铰，应提高其抗剪承载力，避免剪切破坏。
合理设计剪力墙配筋，使墙肢具有足够的承载力和延性。（1）限制墙肢底部的轴压比；（2）合理设置边缘构件。二者是保证剪力墙抗震性能的重要措施。
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3、底部加强部位
抗震设计时，剪力墙底部加强部位的范围，应符合下列规定：
（1）底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起；
（2）去取底部两层或墙体总高度1/10的较大值；
（3）当结构计算嵌固部位位于地下一层底板或以下时，底部加强部位宜延伸至计算嵌固端。
三、墙肢设计
1、墙肢的破坏形态
在轴向压力和水平力的作用下，墙肢的破坏形态与实体墙的破坏形态相同。
剪跨比是剪力墙破坏形态的重要因素，一般用剪力墙截面上弯矩与剪力的相对大小来表示：
（1）弯曲破坏：当λ≥2时，墙肢内力以弯矩为主，容易发生弯曲破坏，延性较好。
（2）弯剪破坏：当2>λ>1时，墙肢内很难避免出现剪切斜裂缝，设计合理时，可以实现延性尚好的弯剪破坏。
（3）剪切破坏：当λ≤1时，墙肢内力以剪切为主，一般发生剪切破坏，延性较差。
2、墙肢的斜截面设计
墙肢的斜截面破坏形态有以下三种：
（1）剪拉破坏：一般发生在剪跨比较大且横向钢筋较少时，通常是一条贯通的斜裂缝，属于脆性破坏。为防止剪拉破坏，一般再设计时要满足混凝土的最小配筋率的要求。
（2）斜压破坏：一般发生在剪压比过大时，混凝土出现斜向压碎。为防止斜压破坏，在设计时我们要保证剪力墙截面的最小尺寸。
（3）剪压破坏：通常出现一条主要的弯剪斜裂缝，横筋屈服，混凝土压碎。为防止剪压破坏，我们要经过计算来确定所需配置的水平钢筋。
3、墙肢的构造要求
一般性构造要求就是要控制墙肢的剪压比和轴压比，配置一定数量的分布构造筋，满足墙肢的最小配筋率的要求，为避免墙肢表面出现温度裂缝，使混凝土均匀受力，墙肢的分布筋一般采用双排或多排配筋。
为改善剪力墙的塑形变形能力，在剪力墙的两端或洞口边缘设置暗柱、翼柱、端柱、转角柱等，成为剪力墙的边缘构件。边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件，约束边缘构件通常在墙肢的轴压比超过规范限值时，一、二、三级剪力墙底部加强部位及相邻上一层设置，其余情况下，一般按构造边缘构件设置。
四、连梁设计
1、连梁的破坏形态
连梁跨高比较大时，连梁以受弯为主，两端易出现塑性铰，最后弯曲破坏；连梁跨高比不大时，梁端易出现斜裂缝，当抗剪能力不足或截面剪应力过大时，易发生剪切破坏。
2、连梁的受力和变形特点
剪力墙结构中，连梁通常跨度较小梁高较大，连梁跨高比可能小于2.5，有时接近1。连梁在竖向荷载作用下产生的弯矩和剪力都不大，在水平荷载作用下它与墙肢相互作用产生的弯矩和剪力较大，约束弯矩和剪力在梁两端方向相反。反弯作用使用梁产生很大剪切变形，对剪应力十分敏感，容易出现斜裂缝。反复荷载作用下易形成交叉裂缝，是混凝土酥裂，导致剪切破坏，延性较差。
3、连梁内力设计
在小震和风荷载作用的正常使用状态下，联系墙肢且加大剪力墙刚度，承受弯矩和剪力，不能出现裂缝；在中震下首先出现弯曲屈服，耗散地震能量；在大震作用下，可能也允许出现剪切破坏。连梁设计应符合强剪弱弯的要求，通过限制连梁名义剪应力和降低两端弯矩的措施，推迟剪切破坏的发生。有特殊延性要求时，可采用交叉配筋方式。
结语：在高层结构设计过程中，要满足结构安全性、可靠性和稳定性的要求，我们不仅仅要强调结构计算的重要性，还要重视结构的概念设计，这就需要我们从力学原理和工程实践经验出发，基础性、整体性、全局性的把握这些原则，才能保证结构方案是安全可靠的。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]建筑结构荷载规范（GB5000-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.
[5]国家建筑标准设计图集（11G101）.北京：中国建筑标准设计研究院，2010.
论文作者:赵丹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/22
标签：剪力墙论文; 弯矩论文; 延性论文; 裂缝论文; 结构论文; 截面论文; 刚度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;