剪力墙结构设计论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇剪力墙结构设计论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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1引言

高层建筑是城市重要组成部分，建筑可以美化城市，而有一些标志性建筑甚至在某种意义上代表了这座城市城市，例如如广州的小蛮腰和上海的东方明珠塔，都是国际性大都市的标志。因此，城市和建筑互相依赖，彼此生存。如今，土地资源稀缺，高层建筑已成为城市建设的主体，是城市生活的主流建筑，也是当代建筑的发展趋势。随着人民生活水平的不断提高，对居住舒适性的要求也有所提高，特别是对住宅公寓的要求越来越高。剪力墙结构的壁厚与填充墙、平面的厚度是一致的，保证室内无框架柱突出，可有效提高空间利用率，因此，高层住宅剪力墙结构应用的十分广泛。

2建筑结构设计中剪力墙结构概念方案布置

剪力墙结构概念方案布置是进行剪力墙结构设计的前提，而布置设计的合理性与否对整个工程造价有很大的影响，下面对剪力墙结构布置进行简单的介绍。剪力墙布局应沿两个主轴方向双向进行布置，尽量做到分布均匀，这种安排，能够让两轴刚度尽可能接近。剪力墙集中布置会导致结构载荷中心和刚度中心偏移，造成较为严重的扭转效应。剪力墙的分散布置会导致梁板跨度加大和刚度分布不均匀，而在跨度增大时，会增加结构的重量，增加地震效应，从而增加工程造价；另一方面，剪力墙间距太大，以致于单片剪力墙承受荷载过大，增加了轴压比，从而对剪力墙延性设计产生影响。以及结构在不规则的地震扭转薄弱部位凸起后形成棱角。扭转大变形导致扭转破坏。因此，考虑剪力墙平面布置，应单独布置，并用对角线局部加强。在平面角部尽量布置L形墙肢，还可采取设置端柱及转角部位楼板中设置暗梁等构造措施进行加强，以达到提高其扭转刚度的目的。剪力墙竖向布置宜沿房屋高度通高布置、上下对齐、连续布置，墙厚及墙长沿高度宜均匀变化，以达到竖向刚度逐渐变小，从而能够有效避免竖向刚度发生突变情况。这样既经济又能满足承载力、侧向变形的要求。因此，剪力墙结构的布局对整个结构的合理性和经济性有直接的影响。目前，结构的经济性已成为结构设计中必须考虑的因素。在满足安全的前提条件下，最大限度地利用有限的资源，是结构工程师要去探索的问题。因此，在合理布置剪力墙的前提下，尽可能节约经济，降低工程造价。而对于结构的关键部分或者计算模型与实际情况不相吻合的部分，至少使用两种不同结构软件进行了分析计算，并进行了围护结构设计，加固了结构。在概念布局的早期阶段，结构设计师应与建筑师密切合作，确定合理的安排以避免不规则或严重的不规则的平面与立面。实现技术先进，安全适用，经济合理的总体设计，达到降低总成本的目的。

3剪力墙的特征及其种类

从整体上来说剪力墙的特点有下面几点，其侧向刚度很强。还有一个相对比较小的侧移，如果发生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墙结构的应用中，室内墙体很平整，但剪力墙结构，在施工的时候需要很多环节，所以造价相对较高。如果按照剪力墙结构开洞与否可分为以下几种：小开洞剪力墙、壁式框架、实体墙、双肢或多肢剪力墙等。这些剪力墙各有不同的应用特点，每个结构设计人员应针对具体的建筑结构，选择合适的剪力墙结构形式。

4建筑结构设计中剪力墙结构受力分析

剪力墙结构设计有自己的设计原理及其原则。由于剪力墙通常比普通墙的厚度大且宽，所以它的特征比较像板，但是还是有一定的区别，剪力墙通过压弯构件计算，板根据弯曲构件计算。因此有必要在结构设计分析中考虑到具体的设计差异。此外剪力墙墙肢长度，壁厚范围都有自己的特点，当高度和墙段比厚度小于或等于4，应按框架柱的结构设计；当墙肢截面高度与厚度之比大于8时，使用一般剪力墙；当墙肢截面高度与厚度之比在4~8之间时，则要使用短肢剪力墙，这些也是剪力墙的结构设计的基本原则。剪力墙结构由一系列纵向剪力墙和横向剪力墙以及由空间结构组成的梁板组成。在两种负荷的主要：一是竖向荷载，竖向荷载主要是梁板传来的活载、恒载、竖向地震作用及剪力墙身自重；其他主要是水平荷载，地震作用和水平风荷载。剪力墙内力和变形分析包括承载力极限状态和正常使用极限状态分析。在极限承载力状态下，剪力墙在各种工况下不受破坏，能安全承受重力荷载。在正常使用极限状态下，结构变形满足规范要求，在满足设计要求的基础上结构经久耐用。框架结构的变形主要是剪切变形，剪力墙的变形主要是弯曲变形。为了实现剪力墙的弯曲破坏的延性破坏模式。《高层建筑混凝土结构技术规程》中有规定，墙的长度最好不要超过8m。事实上，有两个主要因素影响剪力墙的破坏模式是轴压比和剪跨比，只要轴压比小于规定的限值而剪跨比大于2，可以实现延性破坏模式。当剪力墙的长度超过8m时，尽可能在墙体中部开洞，形成一个双墙肢，通过弱连梁连接，一般来说剪跨比也会大于2，可以满足延性破坏的要求。在地震作用下，通过连接梁的能量，梁端首先进入塑性变形，形成塑性铰，使梁成为抗震的第一道防线。

5连梁设计

高层住宅剪力墙结构，由于墙长较长时通过开洞或剪力墙平面内梁跨较小形成连梁，如果出现跨高比较小的连梁，在计算过程中，容易产生过度抗剪的连梁，通常有以下解决方案：①增大连梁的截面积，可以增强连梁本身的抗剪能力，但梁的刚度相应也会增加，吸收的地震力也会增加，只能增加有限的抗剪承载力。在梁宽固定的情况之下，可以使用加高梁高的方法；当梁高是一定的，可以扩大梁宽，增大断面的连接刚度，但宽度对连梁刚度贡献较小，仅是一个线性关系，使得分担剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②调整设计内力，在提高连梁截面对提高抗剪承载力没有影响的状况下，可人为的降低连梁的刚度，来控制剪切力的分配比例，并解决了连梁的抗剪性能问题。最简单的控制方法是在计算参数选择时，通过调整连梁刚度折减系数，只有在采用内力配筋计算时才可以。在整个计算和非地震荷载作用下，连梁的刚度不会降低，连梁应具有足够的抗弯承载力和抗剪承载力，以满足正常使用的要求。对于跨高比大于5的连梁，应根据设计的框架梁，满足框架梁的要求。③可作水平缝从而形成双连梁、多连梁或其他结构措施，以提高抗剪承载力，如设置交叉暗支撑等措施，以提高连梁的抗剪承载力。

6结语

中国的国民经济和建筑结构设计整体水平与发展规模都在提升，高层建筑将成为现代建筑的主流。剪力结构在侧向刚度、侧向变形等方面具有一定的优势，在高层建筑中得到广泛应用。因此掌握剪力墙结构的特点，对剪力墙结构设计有很好的把握。我们要从设计的基本原则出发，设计更加经济合理的剪力墙结构。因此建筑结构设计人员要根据剪力墙结构设计原理有明确的认识，同时，不断从设计实践出发来推动中国建筑业整个工艺设计水平的提高。本文从剪力墙结构设计的概念开始。就建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用进行了介绍，希望以此促进行业发展。

参考文献

[1]李捍文.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].科技创新与应用，2012（9）.

[2]孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑，2010（8）.

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2剪力墙结构设计

对于剪力墙结构的设计是一个非常复杂、专业的过程，其中具有着很多个设计步骤。对此，就需要我们在对剪力墙结构进行设计之前就能够对剪力墙结构设计的步骤进行充分的了解，并对墙肢所具有的厚度与长度进行确定。之后，则需要开展连梁以及边缘构件的设计，最终对地震荷载进行计算。

2.1墙肢长度与厚度的设计

之前我们已经提到过，在剪力墙设计的过程中其长度不应当过长。对此，我们就需要对墙肢长度设置进行一定的控制，避免长度过长。一般来说，墙肢长度不应当超过8m，且跨高比应当大于6，并以此帮助我们获得更为稳定的剪力墙设计。在厚度方面，我们在实际设计时则需要能够对剪力墙所具有的稳定性以及刚度作出保证。通常来说，一般居民建筑的填充墙厚度会保持在200mm左右，在剪力墙厚度设计时也将其设置为200mm。而对于部分不含地下室的高层住宅来说，则将其基础埋深选择在2.5m以上，强度高度在5m以上，之后再根据适当的比例对剪力墙进行确定。但是对于这种方式来说，其很可能使最终的剪力墙厚度大于填充墙厚度，这也是非常不利于我们高层建筑设计的。对此，就需要我们在对剪力墙厚度设计时能够在联系建筑实际情况、相关建筑设计规程的基础上对其进行科学的设计。

2.2连梁的设计

连梁就是对墙肢之间进行连接的梁，其不仅能够帮助我们对不同墙肢进行连接，同时也能够在水平荷载的作用下使墙肢因为出现变形情况对连梁产生一种内力，并以这种内力的产生对墙肢施加一种稳定的约束作用。在实际设计中，首先需要重点关注的就是截面尺寸以及连梁跨高比这两个指标。如果连梁刚度过大，就需要我们对其进行适当的折减，但是，在对剪力墙进行设计时，仅仅根据相关的设计标准很难帮助我们实现配置的折减，对此，就需要我们能够允许其适当的出现开裂的情况，并以这种开裂情况的存在将内力转移到墙体上来实现折减的效果。而在折减过程中，也需要我们能够对折减的系数引起充分的重视，通常来说，如果防裂度较低，那么我们就可以根据情况折减的少一些，而如果防裂度较高，就可以折减的多一些。但是，无论我们折减的多、少，都需要保证折减系数应当大于或者等于0.5，因为只有在这种折减系数下才能够使连梁所承受到的竖向荷载能够得到保障。而在连梁刚度方面，我们则可以通过增加剪力墙洞口宽度的方式减小连梁刚度，因为当整体结构的刚度降低时，当发生地震时的地震作用也会因此降低，并可以保证连梁所具有的承载力不会出现超限的情况。另外，混凝土也是我们在设计时需要重点注意的问题，通过混凝土等级的提升，也能够对连梁抗剪承载力的不超限情况起到一个保障作用。

2.3边缘构件的设计

边缘构件也是我们在剪力墙设计过程中非常重要的一项工作。对于边缘构件而言，有约束边缘构件的矩形截面剪力墙和无约束边缘构件剪力墙相比有着明显的优势，具有着更高的基线承载力，同无约束情况相比其承载力能够提升约40%左右。而在类型方面，边缘构件主要有构造边缘构件以及约束边缘构件这两种，在实际应用的过程中都需要我们在联系建筑实际情况的基础上对其进行设置。

2.4地震荷载及内力设计

如果建筑主体结构布置情况较为简单，那么我们在对剪力墙结构进行设计时则可以通过空间协同平面框架的应用对其进行计算。而如果建筑主体结构布置情况较为复杂，我们则可以通过空间分析程序对其位移、内力等因素进行分析。同时，在实际设计过程中，我们也需要以简化计算的原则开展设计工作，且在对地盘长宽进行计算时需要能够在结合建筑主体结构长宽的基础上对其开展分析工作，并尽可能地以成比例的方式进行设计。

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高层建筑剪力墙结构设计不仅要满足高层建筑结构的各项要求外，也需满足规范对此类结构所有其他规定。同时，还要加强构造处理方面的各种措施。在进行结构的整体设计计算时，转换层上下结构的侧向刚度比应符合规范要求，并应严格控制结构在地震作用下的位移值和扭转效应，使结构布局合理。本文结合工程实践，主要论述了高层建筑剪力墙结构设计要点及注意问题。

1 工程概况

某高层住宅建筑，分为A、B、C 3栋，一共16层，地下室为2 层，层高为 3.6m和4.5m，A、B栋主体结构层高61m，；地上1层为居民活动空间，高5.2m；2～16层为住宅，层高 2.9m，以上至屋顶层高均为 3.0m。

2 结构设计

2.1 转换体系的选取与计算

框支转换层楼板在地震中受力变形较大，其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多，地震时楼板将传递相当大的地震力，其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入，相当于考虑了板对梁的卸荷作用，会使梁的设计偏于不安全。在进行整体结构分析时，将转换层楼板用弹性膜单元模拟。

2.2 嵌固端与转换层楼板板厚的确定

工程以±0.000 板作为嵌固端，既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构，同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第 6.1.14 条规定：当地下室顶板作为上部嵌固端部位时，地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。故地下室顶板厚度取200mm，同时，为了有效地将水平地震力传递给剪力墙，在应力集中的楼层，将楼板厚度加大，转换层楼板取180mm，与其相邻的层也适当加厚至150mm。

考虑抗震需要，施工图阶段时更有意提高转换层配筋率，使单层配筋率达到0.35%，以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍，宽度较宽，对边转换梁，板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可，而是要求必须贯穿梁截面，以确保梁内扭矩在板上的有效传递。

2.3 框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计

框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件，它的安全度直接决定了整栋建筑的抗震潜力，因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上，通过概念设计和抗震措施进行设计。调整框支柱总剪力不小于0.30，框支柱的抗震等级定位一级，为了增加其延性，轴压比不超过 0.4，其最小配箍特征值比一级增加 0.02 采用，框支层剪力墙轴压比控制在 0.6 以内，以保证剪力墙有足够的刚度。

抗震设计时，剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》）及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》）分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中，考虑到高层建筑结构的重要性，《高规》对墙厚的取值更加严格。取《高规》第 10.2.2 条规定：带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的 1/10。

2.4 转换层上、下结构侧向刚度比的确定

工程实践中，框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的，为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度，使上下刚度接近，《高规》规定：需要抗震设防时，转换层上下刚度比不应大于 2，同时不应小于 1。为了满足此要求，对底部的落地芯筒及少量的落地剪力墙均予以加厚，落地芯筒周边墙体加厚至300mm（上部为250mm），少量的落地剪力墙加厚至 400mm（上部为250mm），同时转换层以下的混凝土强度等级定位 C45（上部为C35），最终大部分单元刚度比均控制在1.4左右，只有少数单元较大，但也控制在1.8以内。

由于高层结构中转换层的出现，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径会有很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。《高规》附录 E 分别规定了底部大空间层数不同，转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和抗弯刚度，因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变化的实际情况。转换层上、下结构的等效侧向刚度比按公式（1）计算，为了便于计算顶部位移，可以将顶部单位水平力适当放大。

1H2

γe≤ （1）

2H1

结构设计时可以应用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件”（SATWE）计算转换层上、下结构的等效侧向刚度比，具体计算步骤如下：①采用 PMCAD 建立结构计算模型；②采用 SATWE 前处理程序形成风荷载数据文件 WIND.SAT；③分别修改计算模型的风荷载数据文件，将顶层刚性楼板的 X、Y向风荷载的 X、Y轴均设置为500kN，Z 轴扭转分量设置为 0，其余各层 X、Y 向风荷载的X、Y 轴分量以及Z轴扭转分量均设置为 0；④运行SATWE中结构分析及构件内力计算程序，求出计算模型 1、2的顶部位移；⑤应用公式（1）即可求解出转换层上、下结构的等效侧向刚度比。

通过上述方法计算得出的转换层上、下结构的等效侧向刚度比宜接近 1，非抗震设计时不应大于 2，抗震设计时不应大于 1.3。

2.5 抗震设计

框支剪力墙结构的局部加强范围，对本工程来说，取框支部分所临近两个2～3个开间所包围的区域。在进行框支柱、梁内力调整时可按此调整加强部位有关剪力墙、框支柱和梁的内力。局部框支加强范围以外，可按剪力墙结构设计。两者交接部分应加强连接构造，如板边设暗梁、梁板配筋加强等，以保证水平剪力传递。

建筑专业为了立面处理的需要，希望在建筑平面的角部开窗，墙体角部在地震作用下，是较敏感的部位，特别当结构平面不规则时，由于平面的扭转，引起内力重分布，将使震害加剧，使得此处的连梁分配更多的地震力，容易产生连梁的超筋问题。因此，需要对此处的连梁采取构造加强措施，本工程主要采用了以下几点：①角部开窗的墙体为无翼缘墙体，《抗规》6.4.1 条规定墙体厚度，当无端柱或翼墙时不应小于层高的 1/12，本住宅层高 2.9～3.0m，故角部房间墙段厚度取250mm；②由于角部墙体无翼缘，延性较差，应在墙体端部设置暗柱，并适当的加强配筋；③为了增加墙体平面外的稳定性，可在每层楼板角部处附加钢筋板带配10Φ12mm 钢筋，两端各锚入暗柱内，长度≥35d。楼层加强，双层双向且均按受拉钢筋锚固于墙内和梁内。

3 结构设计中应注意问题

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1.问题产生

随着房地产市场由粗犷型向集约型方向的发展，业主对工程造价的重视程度大为提高，甚至超越了建筑专业功能、外观等苛刻要求。论文格式。工程设计造价的高低成为承接工程设计的先决条件，因此根据建筑功能选择结构受力特性良好、经济性能优越的结构体系方案，成为结构设计人员必须面对的课题。

所谓小高层住宅，通常是指十一层加跃层（2006住宅设计规范规定十一层）以下的高层住宅。对结构设计来说有如下可行的结构体系方案：剪力墙结构、框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构、异型柱框架剪力墙结构。本文结合实际工程，对以上四种结构形式的受力分析，经济造价进行综合比较，为类似工程的设计，提供了值得借鉴的有益经验。

以某位于沿海地区大型城市，地下一层、地上11层小高层住宅为例，高度35米，设计风荷载按C类地面粗糙度，基本风压0.5KN/m2设计，抗震设防烈度为七度第一组,设计基本地震加速度值0.1g，建筑抗震类别为乙类,结构安全等级为二级, 建筑场地土类别为II类，设计使用年限为50年。

2.各结构体系受力性能

2.1 剪力墙结构：

剪力墙结构通常是指布置的墙体其剪力墙肢肢长和肢厚比大于8的结构，特点是整体性能好，侧向刚度大，水平力下侧向位移小，并且由于没有梁柱等外露与凸出，便于房间布置。是一种传统、成熟、受力性能良好的结构形式，其缺点是结构墙体相对多、刚度和自重较大，一段时间以来应用减少。随着2002新规范的应用，该结构又显示出无穷的生命力。现在小高层住宅剪力墙结构，不再是以往大面积的墙体布置，而是紧扣规范条文，适当控制墙肢肢长和肢厚比的限值，使之稍微大于8，从而减少结构刚度和地震力，避开高规对短肢剪力墙结构近乎苛刻的限值，达到减少造价的目的。

2.2 框架剪力墙结构：

是指由普通框架柱和一般剪力墙共同组成的一种结构形式，由框架和剪力墙共同承担竖向和水平荷载，它结合框架和剪力墙受力的优点，又能获得较大空间房屋，但是由于现在建筑平面布置的灵活性，框架布置非常复杂，很难形成规则的受力体系，并且随着房间布局的变化，容易产生柱楞和凸出的大梁，影响外观和使用功能，同时由于多次受力转换，降低梁板受力性能，增加了结构造价。论文格式。因此除特别规则住宅建筑采用外，目前小高层住宅设计中较少采用。

2.3 短肢剪力墙结构：

短肢剪力墙结构是十多年前由南方沿海发展开来的一种结构形式，为避免剪力墙结构刚度太大的缺点，适当减少墙体长度，使剪力墙墙体肢长和肢厚比取5～8倍。在设计之初，由于没有明确国家规范，设计理论、计算方法和构造措施均参照剪力墙结构设计进行，因此设计随意性较大，不够科学严谨。在2002年新修订的高层建筑混凝土结构规程（JGJ3－2002）才明确了具体设计方法。由于该结构在地震区经验不多，为安全起见，对这种结构设计的最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率都作了非常严格规定。尤其是高规7.1.2.2规定：抗震设计时，筒体和一般剪力墙承担的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%；高规7.1.2.3规定：短肢剪力墙的抗震等级比一般剪力墙提高一级采用；高规7.1.2.4规定：短肢剪力墙轴压比提高0.1到0.2；高规7.1.2.5规定：短肢剪力墙根据抗震等级不同，剪力设计值乘以1.4和1.2增大系数；高规7.1.2.6规定：短肢剪力墙全部纵向钢筋配筋率对底部加强区不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；高规7.1.2.7规定：墙肢厚度不应小于200。一系列规范条文的限制，使结构造价直线提高，因此此类结构形式在小高层住宅中的运用迅速减少。论文格式。

2.4 异型柱框架剪力墙结构：

异型柱框架剪力墙结构,是由天津市异型柱规程(DB29-16-98)和广东省异型柱规程(DBJ/T15-15-95)等地方规程发展起来的新型结构形式，墙体肢高和肢厚比不大于4，柱肢受力特性复杂，由于该结构形式抗震性能存在很多争议，过去由于一直没有得到国家规程承认，在很多地方因需通过超限审查而受到限值。经过近几年不懈试验研究，终于通过国家抗震规范审查，今年八月一日正是以国家规程（JGJ149－2006）的形式生效，从而使结构设计人员有了可靠权威的设计依据。对这种结构形式，规程对其最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率、体积配箍率等也都作了严格规定。同时由于结构断面较小，规范5.3.1强制条文规定应进行梁柱核心区受剪承载力计算。该结构是发展了框架剪力墙结构，同时避免了框剪结构适用性不好的缺点，受到业主和用户欢迎，但是必须明确，由于异型柱断面很小，梁柱节点核心区钢筋密集，施工振捣困难，从而使之力学性能和抗震性能受到削弱，需仔细进行核心区计算。这种结构形式是我国目前迎合中国经济还不是很富裕、渴望减少土建造价的国情的独创，随着综合国力的提高，其发展前景必然会受到一定限制。

各结构体系经济比较

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中图分类号：TU208文献标识码： A

剪力墙结构是建筑结构中常见的形式，对于高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构的设计具有多种形式。目前，较为常见的设计形式包括两种，通过对这两种形式的简化，应用计算机软件对其进行有效的分析、计算，实现了对高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构的设计的优化。下面就通过具体的工程对其进行详细的分析。

1.工程概况

钢筋混凝土剪力墙结构在我国高层住宅建筑工程中应用较为广泛。通过PC技术实施的钢筋混凝土剪力墙结构被称为预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构，现阶段由于没有完善的设计规范以及配套的设计标准，所以PC结构设计在建筑住宅规范化、产业化发展的过程中具有重要的作用。

某工程为两栋18层的住宅楼，建筑面积为2.36万平方米。其中第一层为架空绿化空间；2~15层为标准层；16~18层具有局部退层。该项工程中，PC技术主要应用范围是3~15层。两栋楼房中一共有26层标准层。应用PCF构件，即在建筑外山墙中利用预制钢筋混凝土剪力墙模板；采用PC+PCF混合构件，即在建筑前后外墙结构中采用预制钢筋混凝土模板。

该工程中，PCF模板在工厂中事先制作好，形成模板与外饰面，并在施工现场进行安装，将其当做现浇钢筋混凝土剪力墙外墙模板结构，然后在结构内侧设置相应数量的钢筋。然后支设内膜结构，并安装预制钢筋混凝土模板，形成叠合剪力墙结构。具体情况如下图所示：

预制外墙PC是通过将剪力墙结构外墙的填充墙部分，通过预制形成外模，在内侧可填充轻质材料：外模使用钢筋与现浇筑的墙以及梁连接起来。

2.高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计

该工程建筑抗裂度为Ⅵ度，剪力墙的抗震等级为4级。根据两栋楼房建筑结构，建筑平面较为规则，建筑竖向结构较为连续。因此本工程能够使用钢筋混凝土剪力墙结构。在该工程建筑中设置地下结构一层，其基础为预应力管桩结构，并以筏板作为辅助结构。PC结构设计与传统的建筑结构设计存在较大的去呗，在内容上得到了更新与完善。实际设计中，主要采用以下两种设计方式：

方式一：建筑项目中竖向抗侧力构建全部采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构或柱结构。这种设计忽略了PC构建以及PCF构件刚度要求以及其对建筑相关结构的影响，将PC构件以及PCF构件当做建筑荷载设计在建筑整体结构体系中。设计过程中使用现行的软件与设计规范对该结构设计方式进行计算与分析。

方式二：建筑结构中添加了PC与PCF构件结构，会增加剪力墙结构的刚度。根据可靠实践证明，预制钢筋混凝土叠合剪力墙弹性变形范围内，现浇墙体结构能够与预制模板结构协同作业。该设计形式就是根据实际的情况，合理设计预制钢筋混凝土叠合剪力墙的厚度，控制建筑结构的刚度以及位移。叠合剪力墙墙体的厚度等于现浇剪力墙墙体厚度与预制钢筋混凝土模板厚度之和。通过相应的建筑结构计算与分析，以建筑周期、结构位移、刚度等计算结果作为设计的主要依据。

3.建筑主体结构设计

通过相应的计算与分析，该工程所采用的设计方式，能够通过PC结构进行简化，并通过现行的设计规范与软件形成相应的设计模型。在实际设计过程中，需要考虑到PC、PCF构件结构对建筑其他结构的影响，包括刚度的影响，并根据相关的计算对计算模型相关参数进行适当的调整。有关的设计参数必须符合设计规范要求，同时也应该与高工程设计方案相适应。

通过相应的计算，并对上述两种设计形式计算结果比较中可知，PC与PCF构件对建筑结构刚度的影响程度。PC、PCF结构对结构周期、位移等都具有微小的影响，但是不会对建筑整体结构计算造成影响。在预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构设计过程中，不仅需要考虑PC、PCF结构刚度，还需要综合考虑其对建筑结构刚度的影响，对建筑结构位移、周期进行有效的控制。

4.建筑结构设计中常见的问题

在高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计过程中，不仅需要对PC结构主体进行合理设计，还需要对相关构件结构进行合理设计，形成完整的设计模型、体系。在具体的设计过程中，常见的设计问题体现在以下几个方面：（1）应该重视现浇混凝土结构域叠合剪力墙结构的协同工作，重视PCF构件对建筑结构中的优化作用；（2）在PC、PCF构件的脱模、运输存放以及安装就位和现场浇筑混凝土等施工状况下的刚度以及强度计算应根据实际工程项目的设计以及施工开展；（3）Pc构件与主体建筑具有多种连接方案，柔性方案与刚性方案的特点不同，各有优势以及缺陷，本工程所使用的是柔性方案；（4）在建筑结构体系当中，有其他部位预制构件的使用例如阳台、楼梯和叠合楼板的预制件，能在一定程度上对建筑结构的导荷方式以及建筑模型的假定存在一定的影响，在实际的计算过程中应考虑全面；（5）在设计的设计过程中，应该加强对各个结构连接部位的设计，设置合理的连接构件，确保整体结构的稳定性。

5.总结

本文通过实际建筑工程，并以工程预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构设计的计算分析为基础，对高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计方式进行分析探讨，为相关人员在这一方面的工作提供能参考。我国建筑行业发展具有悠久的历史，但是PC技术起步较晚，应用到实际工程中也相对较少，同时也没有形成完善的设计规范以及施工标准与验收标准。这就需要相关的工作者加强对该领域的研究，对PC结构设计进行不断的完善，形成完善的设计模型与体系，为我国高层建筑发展提供技术支持，促进我国建筑行业的发展，为城市化建设作出更大的贡献。

参考文献：

[1]潘剑锋.高层预制混凝土叠合剪力墙住宅结构设计经验谈[J].建材与装饰.2013,26(8):124-125.

篇（6）

1 梁式转换层结构形式

高层建筑结构下部受力比上部大，按常理来说，在高层建筑结构的设计中就要考虑下部的刚度要大于上部结构；采用的措施就是下部增加墙体、增加柱网，而上部逐渐减少墙柱的密度。显然，这在高层建筑设计中是不现实的，因为高层建筑的使用功能对空间要求却是下部大空间，往上部逐渐减小，因此对高层建筑结构的设计就要考虑反常规设计方法。在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定：框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的 2 倍，且不易小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时，转换梁高不小于其跨度的1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。从该设计规程中可知，采取这些限制主要是保证转换梁结构的整体刚度，增强结构的可靠性。

1.1 梁式转换层结构形式

实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。

1.2 梁式转换结构受力机理分析

梁式转换层结构的传力途径为墙—梁—柱（墙）的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，对转换梁承托层数对其内力的影响用有限元程序进行了分析，从分析结果中我们知道，对一般结构转换大梁，上部墙体考虑三层与考虑 4 层、5 层内力的设计控制内力差异不大于 5%，故在分析计算时可只考虑计算 3 层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。

2 梁式转换层的结构设计

2.1 结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，因此对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于 1，不应大于 1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种：1）与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。

2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为 600mm，其余部分的厚度取为 400mm。

3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。

4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用 C50 混凝土。

5）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞，以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在 X 方向为 0.725，在 Y 方向为 0.813，满足规范要求，效果良好。虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下各层为结构薄弱层，因而应将该两层的地震剪力乘以 1.15 的增大系数。

2.2 结构平面布局

工程底部为框架—剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏差不超过 2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

3 梁式转换层结构的设计与构造

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙协同工作的受力体系。

3.1 转换梁的设计与构造要求

转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。

转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3%，转换梁中主筋不宜有接头，转换梁上部主筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部主筋应全部贯通伸入柱内。

3.2 框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整——框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于10根时，当框支层为1～2层时，每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层。为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10根时，当框支层为1～2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。

框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于1.2%，二级时不小于1.0%，三级时不小于0.9%，四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。

3.3 转换梁的截面设计方法

目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有：应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。

4 结语

通过高层建筑转换层结构设计的工程实践，体会如下：根据建筑平面及功能要求合理选择转换层形式，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，结合结构布置，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念，对主要构件进行加强是设计的重点。

参考文献：

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中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、概念设计的涵义

概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中将遇到的问题，诸如:房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等等。从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施。从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计的目的。也就是说概念设计是工程师运用思维和判断力，根据从大量震害经验得出的结构抗震原则，从宏观上确定结构设计中的基本问题。因此，工程师必须从主体上了解结构抗震特点，振动中结构的受力特征，抓住要点，突出主要矛盾，用正确的概念来指导概念设计，才会获得成功。由于概念设计包括的范围极广，因此不仅仅要分析总体方案确定的原则，还要顾及非材料的正确使用和关键部位的细部构造。但是首先和最重要的还是结构总体概念设计、材料选型和细部构造等问题，这些设计原则和结构概念中，较为重要的是结构总体设计。

二、结构总体设计的注意要点

1.延性耗能

在建筑结构的整体设计上要注意加强薄弱环节，尽量做到等强度。同时，应使建筑结构在一个恰当的部位能消耗大量的能量，在具体设计中即为各式各样的梁，如框架梁、联肢墙的连肢梁等。结构延性一般用延性系数表示，它表示的是结构极限变形(位移、转角、曲率)与屈服变形的比值，也可以分别用位移延性系数，转角延性系数等来表示，该比值越大，结构的延性越好。在设计上为提高钢筋混凝土梁的延性，一般采取以下措施:(1)首先应选取合适的梁截面尺寸，以获得合适的配筋率，避免梁受拉筋过多或出现超筋。因此，对地震区梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率。(2)梁上部(跨中)和下部(端部)配置适量的受压筋。(3)提高梁混凝土强度等级，采用中低级钢筋对延性有利。(4)T形梁比矩形梁延性好。(5)注意加密箍筋。地震区钢筋混凝土梁的位移延性系数一般要求不得低于4。

2.多道防线设计

现在有一种新的抗震概念:当建筑结构受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时，一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形，来耗散地震输入能量;另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。这种通过对结构动力特性的适当控制，来减轻建筑物的破坏程度，是对付高烈度地震的一种经济有效的方法。

3.妥善处理非结构部件

非结构部件一般是指在通常结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件，如内隔墙，框架填充墙，建筑处围墙板，楼梯等。实际上，在地震作用下，高层建筑中的这些部件或多或少地参与工作，从而改变了整个结构或局部构件的刚度，承载力和传力路线。造成未曾估计到的局部震害。在钢筋混凝土框架体系的高层建筑中，这些影响最为普遍。(1)砌体填充墙的抗震作用：①使结构刚度增大，自振周期缩短，水平地震力增大30%~50%。②改变了结构的地震剪力分布状况。③砌体填充墙具有较大的抗推刚度，限制了框架的变形，从而减小了整个结构的地震侧移幅值。 (2)柱端震害，在地震中，角柱上端被嵌砌于框架间的砖墙顶断。这是典型的柱端震害。在框架体系设计中必须考虑，并采取恰当的预防措施。(3)形成短柱破坏。采用钢筋混凝土框架的高层建筑，就框架柱的受力状况和破坏形态而言，一般情况下属于长柱。由于窗裙墙对框架柱的刚性约束，减短了柱的有效长度，使它变成了短柱，承担的地震力大增，发生剪切破坏。因此，采用贴砌围护方案或墙、柱柔性连接方案都是防止短柱破坏的有效手段。否则沿柱的全高，柱身箍筋的配置均应符合短柱的规定。这一点，在施工图中，应当说明清楚。

三、案例讨论

某项目情况：地上34层共120m，地下共3层，其中地下第3层为5级人防。该结构为超高层结构，框架－剪力墙结构体系。其中在地上第三层有局部框值转换。在方案设计阶段，框架的轴线尺寸己经由建筑确定，梁柱截面尺寸根据竖向荷载及粗估的水平地震作用效应确定。最后问题是剪力墙如何布置、数量多少。这是一个关系到结构安全和技术经济合理性，并体现出体系优越性的关键性环节。所以结构工程师在方案设计阶段都积极参与，并根据适宜刚度概念算出剪力墙的面积，结合建筑要求设计出经济合理的方案。

1.剪力墙的布置。一般情况下，剪力墙应在纵横两个方向同时布置，并使两个方向的自振周期比较接近。在非抗震设计的条件下，也允许只设横向剪力墙而不设纵向剪力墙，这时，纵向风力全部由纵向框架承受。剪力墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。均匀、分散是要求剪力墙的片数多，每片的刚度不要太大，也就是说布置很多片短的剪力墙;并且在楼层平面上均匀布开不要集中在某一局部区域。一方面，剪力墙对称布置可以避免和减少建筑物受到的扭矩。另一方面，剪力墙沿周边布置可以最大幅度地加大抗扭转的内力臂，提高整个结构的抗扭能力。经过讨论，大家一致同意剪力墙沿周边布置。

2.剪力墙的平面位置。一般情况下，剪力墙宜布置在下述的各个部位:（1）竖向荷载较大处。这样可以获得三点好处:①较大重力荷载引起的较大地震作用，可以直接传到剪力墙上;②剪力墙承受很大的弯矩和剪力，有了较大轴向压力来平衡，可以减小墙体的拉应力，并提高墙体的受剪力承载力;③可以避免使用较大截面梁、柱的框架来承担较大的竖向荷载。（2）平面形状变化处或楼盖水平刚度剧变处。这样可以消除地震时在该部位楼板中引起的应力集中效应。（3）楼梯间、电梯间以及楼板较大洞口的两侧。根据本工程特点，剪力墙的平面位置布置在竖向荷载较大处。

3.剪力墙最大间距。在框—剪体系中，剪力墙是主要抗震构件，承担着80%以上的地震力;框架是次要抗震构件，仅承担加%以下的地震力。要保持框一剪体系这一结构特性，以剪力墙为侧向支撑的各层楼盖，在地震力作用下的水平变形就需控制在很小数值范围以内，使框架的侧向变形与剪力墙大致相同。否则，就需要通过空间分析来考虑楼盖水平变形所引起的框架剪力增值。在实际工程中，剪力墙间距一般在2.5B及30m以内。有30m长的一段无剪力墙的自由布置空间，完全可以满足建筑功能的要求。

参考文献：

［1］小谷俊川．日本基于性能结构抗震设计方法的发展．建筑结构，2000，6．

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Abstract: the development of our national economy, urban and rural residents and the standard of living rises ceaselessly, housing demand rapid increase, construction land increasingly nervous, national and each large and medium cities arise high-rise residential big development situation. To high-level residence structure design of further discussion and research, and has important practical significance. This paper mainly high-rise residential buildings to the shear wall structure design of the related problems on the some research.

Keywords: high-rise residential concrete shear wall structure design

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：

前言

剪力墙是一种有效的抗侧向力结构单元，可以组成完全由剪力墙抵抗侧向力

的结构，也可以和框架共同组成抵抗侧向力的框一剪结构。通常按其墙肢截面高度与厚度的比值分为一般剪力墙、短肢剪力墙和异型柱。剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层建筑领域。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3．2002)对剪力墙结构的设计原则、计算方法和构造措施作出了相应规定，但有些规定尚不够细致，可操作性较差。目前工程实践中大多数剪力墙结构的布置还主要取决于设计人员的经验。

一、剪力墙的分类

剪力墙根据墙肢的高厚比分为一般剪力墙和短肢剪力墙。―般剪力墙是指墙肢截面高度和厚度之比大于8的剪力墙；短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8 的剪力墙。当剪力墙的墙肢截面高度hw与厚度bw之比不大于3时，应按柱的要求进行设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，其他部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。剪力墙墙肢长度（即墙肢截面高度）―般不宜大于8m。

剪力墙按受力特性的不同主要可分为：①整体剪力墙。不开洞或开洞面积不大于15%的墙。②小开口整体剪力墙。开洞面积大于15%，但仍属洞口较小的开孔剪力墙，其局部弯矩不超过水平荷载的悬臂弯矩的 15%，且大部分楼层上墙肢没有反弯点。③双肢墙（多肢墙）。开洞面积比较大或洞口成列布置的墙，其受力特点与小开口整体剪力墙相似。④壁式框架。洞口尺寸大，连梁线刚度与墙肢线刚度相近的墙，其受力特点是弯矩图在大多数楼层中都出现反弯点。

二、剪力墙结构分析模型及方法

高层建筑结构中的剪力墙所承受的荷载有风和地震引起的水平荷载、结构自重和各楼层活荷载等竖向荷载，其主要功能还是抵抗结构的水平侧力，利用其强大的抗侧移刚度，减小结构的侧移。一般在多遇地震作用下，剪力墙能很好地满足结构强度、刚度和抗震方面的要求，在大震和罕遇地震作用下，由于地震加速度峰值大，输入的地震能量大，这就要求剪力墙具有较好的耗能能力，具有较好的延性。所以在进行结构设计时，对有抗震设防要求的结构就要进行非线性静力、动力分析，而在这一分析中，如何建立合理的剪力墙计算分析模型就显得尤为重要。目前国内外对剪力墙的计算分析模型的研究很多，主要可归纳为两种，

基于固体力学的微观模型和以一个构件为一个单元的宏观模型。

三、剪力墙结构设计应注意的问题

1、选择有利的建筑形式

住宅剪力墙结构布置时，墙片不宜过长，一般以墙片高宽比为1.5左右为宜，墙片平面形式不宜采用提高抗侧刚度的“L”“T”等平面形式，而是应尽可能采用“一”字形，以弱化每一单片剪力墙的刚度，实现剪力墙均匀分散、多道设防的目的。另外，还应控制剪力墙的最大间距，而纵向抗震墙应在外纵轴布置开窗洞的抗震墙或剪力墙，以增强横向抗倾覆的能力，避免边柱产生过大的压力和拉力。

2、结构竖向布置

结构竖向布置方面，该项目高宽比H／B=5，符合抗震规范剪力墙结构6度设防小于6的要求。在抗震设计中要求结构承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化均匀、连续，不要突变。该工程平面在竖向上没有大的内收外挑情况，平面从底至顶一致。竖向刚度的变化主要表现在分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，从施工方便来说，改变次数不宜太多；但从结构受力角度来看改变次数太少，每次变化太大又容易产生刚度的突变。

3、 剪力墙边缘构件的设置

根据（JGJ 3―2002）《高层建筑混凝土结构技术规程》 中规定，当一、二级抗震等级底部加强部位轴压比小于限值时，需要设置约束边缘构件，其长度及箍筋配置量都需要进行计算，并从加强部位顶部向上延伸一层。对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区配筋率取0.7%，一般部位配筋率取0.5%；而根据 《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，对于短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2％，其他部位不宜小于取1.0％。对于小墙肢的受力性能较差，应严格按《 高层建筑混凝土结构技术规程》控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率，加强区取1.2%，一般部位取1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计计算中，一是另一方向短肢不计入刚度，则配筋可不考虑该方向短肢的影响，二是短肢计入刚度，则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响，即该短肢配筋率在加强区取1.0%，一般部位可取0.8%。同时，对抗震等级为二级的剪力墙和三、四级抗震等级的全部，以及非抗震设计剪力墙的全部，在重力荷载代表值作用下轴压比小于 0.30 时，可按 《高层建筑混凝土结构技术规程》仅设置构造边缘构件，而设置约束边缘构件配筋不宜过大。

4、连梁的设计及配筋

剪力墙的连梁是耗能构件，它的剪切破坏对抗震不利，会使结构的延性降低。设计时要注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的剪切破坏后于弯曲破坏。切忌人为加大连梁的纵筋，如此，可能无法满足“强剪弱弯”的要求。不能认为加大箍筋就能保证“强剪弱弯”。当连梁不满足截面控制条件时，盲目增加箍筋的结果会导致连梁剪切破坏先于箍筋充分发挥作用。连梁截面的抗剪计算，对于跨高比大于2．5的连梁，其剪力设计值应乘以增大系数ƞvb：一级取

1．3，二级取1．2，三级取1．1。剪力墙连梁的截面尚应满足以下要求：

跨高比大于2，5时：

跨高比不大于2．5时：

式中：V――梁端截面组合的剪力设计值；

ßc――混凝土强度影响系数，按《高规》(JGJ 3-2002)第6．2．6条的规定采用。

由于高层建筑中联肢剪力墙在风荷载、地震作用下被破坏时的形态与剪力墙的连梁有很大关系，因此，在设计中为减少剪力墙受破坏，应注重连梁的设计。即在设计中，应降低连梁的弯矩，从而降低连梁的抗弯承载力，使连梁早出现塑性铰，降低连梁中的平均剪应力，改善其延性；设计时，应使连梁的剪力设计值大于或等于连梁的抗弯极限状态相应的剪力；相应增大连梁的跨高比（连梁的高度计算与设计应按照统一规定，从洞顶算到楼板面或屋面），从而可相应降低连梁的刚度，使连梁的承载力有可能不超限；对于窗洞楼面至窗台部分可用轻质材料砌筑；对于窗台有飘窗时，可再增加 1 根梁，2 根梁之间用轻质材料填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋预应力筋有腐蚀作用的外加剂。

四、剪力墙结构优化设计控制因素初探

影响剪力墙结构优化设计的主要因素包括结构变形和轴压比、建筑功能布局、剪力墙的构造要求、经济性能等。

水平位移是结构变形的主要方面，高层建筑中为了保证结构具有较大刚度，应对层间位移加以控制。这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个相对指标。层间位移角的限制却不包括建筑整体弯曲产生的水平位移，要求较宽松。显然层间位移是与结构的抗侧刚度紧密联系的，剪力墙结构的抗侧刚度主要是由剪力墙产生的，而剪力墙的多少又直接与混凝土和钢筋的用量相关。所以对位移进行控制就间接控制结构的造价。剪力墙的轴压比是指在地震作用下，剪力墙的轴力与混凝土的抗压强度和剪力墙截面积之比。对轴压比的限制是为了保证在地震作用下剪力墙具有足够的延性，也即是说对轴压比的控制就是对剪力墙延性的控制。结构的经济性是在综合考虑各个控制因素的基础上对结构作出的功能与造价的最优比。

低烈度区在非强风作用下，因为地震作用与风荷载作用较小，水平力较小，且一般剪力墙结构墙肢布置间距较小，可能轴压比和结构变形均不起控制作用，建筑功能布局、剪力墙构造要求起控制作用。在强震区水平力较大，主要控制因素可能是结构变形和轴压比。

结语

随着经济建设的发展，我国高层建筑也有了快速的发展，尤其是改革开放之后建设了很多的高层建筑。但是由于高层建筑设计上的复杂性，也给高层建筑的设计带来许多难点。所以，我们要不断加强建筑结构设计研究。

参考文献

【1】方鄂华．高层建筑钢筋混凝土结构概念设计【M】．北京：机械工业出版社。2004．

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我国改革开放以来，建筑业有了突飞猛进的发展，近十几年我国已建成高层建筑万栋，建筑面积达到2亿平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层，高325米；广州中天广场80层，高322米；上海金茂大厦88层，高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共54层，高206.3米。随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：

（一）水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

（二）侧移成为控指标

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

（三）抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

（五）轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

（六）概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二、高层建筑的结构体系

（一）高层建筑结构设计原则

1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。

2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

（二）高层建筑结构体系及适用范围

目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：

（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。

（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。

［参考文献］

［1］GB50011－2001建筑抗震设计规范.

篇（10）

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

一.前言

伴随着我国建筑行业的迅速发展，工程建筑行业日渐成为了我国国民经济新的经济增长点，不仅仅在国民经济的增长中占据着越来越重要的地位，而且在改善居民生活方式，提高居民的生活质量方面有着巨大的推动作用。随着钢筋混凝土建筑结构在建筑行业中的广泛应用，建筑结构的设计和施工都有了新的标准和要求，在钢筋混凝土结构的设计施工中，不仅仅要使得结构的平面，立面布置符合相关规则，更要使得建筑结构的各种构件的强度和变形能够达到相关的标准，同时，要在满足建筑设计基本目标的基础上，更加重视建筑结构的抗震设计，提高建筑结构的抗震能力，保证整个建筑结构的质量。

二.钢筋混凝土建筑结构设计的优化措施

1．严格控制钢筋混凝土建筑结构设计中的各种材料设计

(一)在掺合料选择方面上。选择一些增加混凝土强度性能的一些掺合料。

(二)沙，沙石，水泥的配合比上面，优化三者配合比。

(三)在水泥的选择方面上。根据工程的需要，选择相对应的水泥。

(四)在钢筋的选型上面。比如，用U型钢，工字钢代替圆形钢。

2．结构体系的选型方面

由于大开间剪力墙结构体系，可以做到房间不露出梁柱，有效空间大、隔音效果较好，当采用钢制模板时，墙面和楼板表面平整并且不需要在湿作业的情况下抹灰。另外该结构体系不但用钢量少，施工周期短、造价低，还具有整体性强、侧向刚度大等优点，有利于抗风抗震，所以自九十年代起建筑结构体系基本上都采用大开间现浇钢筋混凝土剪力墙结构。随着经济的发展，为了进一步降低建筑造价，近几年来部分地区越来越多地采用短肢剪力墙与简体或一般剪力墙组成的结构体系。这个结构体系也属于剪力墙结构的一种。它的特点是建筑平面布置更具灵活性，并且又能节省钢筋和混凝土用量，减轻建筑的总重量，从而降低地基基础造价。

3．建筑结构的基础设计方面

在建筑的基础设计中，要综合考虑建筑场地的地质情况以及水位、使用功能、上部结构类型、施工条件和相邻建筑的相互影响，以保证建筑物不会过量沉降或倾斜，而且还能满足正常使用要求。另外还要注意相邻地下建筑物及各类地下设施的位置，以保证施工的安全。

4．建筑结构设计的抗震方面

（一）房建结构设计要从建筑的全局出发

全面考虑各种建筑部位的功能，在此基础上，科学设计每个部分的构件，保证每个部件之间的契合，促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求，满足一定的现实需求，同时，通过抗震设计，使得每个构件都可以具有相应的承载力，当地震来袭，每个构件都可以有着一定的次序先后破坏，整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性，从而延缓地震破坏的速度，消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。

（二）要严格选择地基选址

地基选址是进行建筑结构设计的基础，因此，在房间结构抗震设计中，要科学避开山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本着坚硬，牢固，平坦，开阔的选址原则。亲身实地，利用先进技术设备，进行地质勘探，山石水土监测，并取样论证，科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠，地质稳定无渗漏，无坍塌，无暗河，无熔岩，无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。

（三）采用合理的建筑平立面

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，通过无数次的实验表明，简单、规则、对称的建筑结构抗震能力强，对延缓地震烈度范围延伸，消耗地震的能量，减少地震对整体结构的破坏，而且，对称结构容易准确计算其地震反应。

5. 加强对连梁的设计优化

（一）对连梁的刚度进行折减

连梁由于跨高比较小与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，在连梁遇到外力发生屈服的过程中，主要有几个表现，比如出现裂缝，连梁的刚度减弱，内力发生重新分布，因此，一般而言，在进行建筑结构设计之前，要对连梁的刚度实施折减，从高规中的相关条款解释而言，是要对整个混凝土建筑结构的各个环节的刚度和弹性进行比较科学合理的分析，但是，在具体实际的操作过程中，各个部分的构件都需要承担比较大的弯矩和剪力，并且配筋设计具有很大的难度，因而，在笔者多年的建筑结构设计过程中，可以减少对竖向荷载能力的考虑，而更多的进行适当的开裂设计，将内力转移到墙体上去，如此，可以更好的实现建筑结构设计的优化。

（二）在设计过程中适当的减少连梁的高度

在进行连梁的设计中，为了达到降低连梁刚度，减少地震影响效果的目的，可以在保证整个建筑功能的基础上，让连梁的总体的跨度不断增加，如此，可以很大程度的让连梁的整体高度降低，一定程度而言，也使得可以讲整个连梁的整体承载能力控制在一定的范围之内，既可以让设计得到优化，又可以让建筑的功能得到正常发挥。

（三）在连梁设计过程中适当增加厚度

在进行连梁设计，在做好各种构件的设计优化的基础上，可以让连梁的整体截面的宽度进一步扩大，如此，不仅仅可以让建筑结构整体的刚度变大，也能够让整个地震过程中产生的各种内力作用相对而言变得更大。而且，由于连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。通过剪力墙的厚度增加，也有可能达到让连梁抗剪承载力符合限度的目的。

（四）提高混凝土等级

为了让连梁的抗剪承载能力不会超过规定个标准，可以合理的提高剪力墙的混泥土的等级，当混泥土的等级得到提升，混泥土的弹性模量增加比例会小于抗剪承载力的提升比例，从而，可以达到控制目标。

6．建筑结构设计的施工方面

为满足结构承载力的需求，通常在结构设计中柱与梁板选择不同强度等级的混凝土。施工规范规定柱的施工缝宜留设在梁底标高以下20mm-30mm处，其原则是施工缝宜留在结构受力小且便于施工的位置。施工时，为方便柱身混凝土的下料与振捣，在梁内钢筋未绑扎之前进行浇注。按施工规范的要求，当梁柱的混凝土强度等级不同时，节点处应按。弱梁强柱”的原则。在实际施工中，施工班组制定合理的节点保证措施，监理人员加强对浇注质量的监管和提高整体结构的抗震性能十分重要。

三.结束语

钢筋混凝土建筑结构设计是一项专业性极强的工作，必须综合考虑到多种因素，既要满足居民的生活生产多种需要，更要从地震防护，防水防渗漏等各种因素对建筑结构做出性能设计，同时，从城市整体的人文自然，交通政治等各方面的因素出发，选择合理的建筑结构体系，做出科学严谨的设计，实现实用价值和美学价值的统一，为整个建筑业的发展和居民生活质量的提高，奠定基础。

参考文献：

[1]刘利峰 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究 [期刊论文] 《科技资讯》 -2010年20期

[2]张红标 建筑结构设计成本优化研究--以深圳高层钢筋混凝土建筑结构为例 [学位论文] 2011 - 浙江大学：企业管理

[3]张民 钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究 [学位论文]2008 - 同济大学土木工程学院 同济大学：结构工程