摘 要：本文系統的分析多層建筑結構和剪力墻結構設計，供大家學習參考。

　　關鍵詞： 高層建筑：結構設計;受力分析

　　[ Abstract ] This paper analyzes the high-rise building structure and shear wall structure design, for your reference.

　　[ Key words ] high-rise building ;structure design; stress analysis

　　中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)

　　1、多層建筑結構設計特點

　　1.1軸向變形不容忽視

　　多層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整：另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

　　1.2 側移成為控制指標

　　與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

　　1.3結構延性是重要設計指標

　　相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　2 多層建筑結構分析

　　2.1 彈性假定

　　目前工程上實用的所層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，所層建筑結構往往會產生較大的位移，出現裂縫，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態的，應按彈塑性動力分析方法進行設計。

　　2.2 小變形假定

　　小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-⊿效應)進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移 ⊿與建筑物高度H的比值 ⊿/H >1/500時，P-⊿ 效應的影響就不能忽視了。

　　2.3 剛性樓板假定

　　許多多層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大， 而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結構提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大或是層數較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。

　　2.4 計算圖形的假定

　　多層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形有三種：

　　2.4.1一維協同分析。按一維協同分析時，只考慮各抗側力構件在一個位移自由度方向上的變形協調。在水平力作用下，將結構體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側力構件組成的平面結構。根據剛性樓板假定，同一樓面標高處各榀抗側力構件的側移相等，由此即可建立一維協同的基本方程。在扭矩作用下，則根據同層樓板上各抗側力構件轉角相等的條件建立基本方程。～維協同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。

　　2.4 .2 二維協同分析。二維協同分析雖然仍將單榀抗側力構件視為平面結構，但考慮了同層樓板上各榀抗側力構件在樓面內的變形協調。縱橫兩方向的抗側力構件共同工作，同時計算：扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有三個自由度∪，Ⅴ ，θ， (當考慮樓板翹曲是有四個自由度)，樓面內各抗側力構件的位移均由這三個自由度確定。剪力樓板位移與其對應外力作用的平衡方程，用矩陣位移法求解。二維協同分析主要為中小微型計算機上的桿系結構分析程序所采用。

　　2.4 .3 三維空間分析。二維協同分析并沒有考慮抗側力構件的公共節點在樓面外的位移協調(豎向位移和轉角的協調)，而且，忽略抗側力構件平面外的剛度和扭轉剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結構也是不妥當的。三維空間分析的普通桿單元每一節點有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點還應考慮截面翹曲，有7個自由度。

　　3 剪力墻設計中的基本概念

　　3.1 剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態接近于柱，而與柱的區別主要是其長度與厚度的比值，當比值小于或等于4時可按柱設計，當墻肢長與肢寬之比略大于4或略小于4時可視為為異形柱，按雙向受壓構件設計。

　　3.2 剪力墻結構中，墻是一平面構件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力：在軸力，彎矩，剪力的復合狀態下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外，還必須滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。

　　3.3 實際工程中剪力墻分為整體墻和聯肢墻：整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結構片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂，當剪力墻墻肢較長時，在力作用下法向應力呈線性分布，破壞形態似偏心受壓柱，配筋應盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端;為防止剪切破壞，提高延性應將底部截面的組合設計內力適當提高或加大配筋率;為避免斜壓破壞墻肢不能過小也不宜過長，以防止截面應力相差過大。聯肢墻是由連梁連接起來的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨作用顯著，連梁中部出現反彎點要注意墻肢軸壓比限值。壁式框架：當剪力墻開洞過大時形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內力作用下許多墻肢將出現反彎點，墻已類似框架的受力特點，因此計算和構造應按近似框架結構考慮。綜上所述，設計剪力墻時，應根據各型墻體的特點，不同的受力特征，墻體內力分布狀態并結合其破壞形態，合理地考慮設計配筋和構造措施。

　　3.4墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，求得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中，對帶翼墻的計算寬度按以下情況取其小值：即①剪力墻之間的間距;② 門窗洞口之間的翼緣寬度;③墻肢總高度的1∕10;④剪力墻厚度加兩側翼墻厚度各6倍的長度。

　　3.5 為了保證墻體的穩定性及便于施工，使墻有較好的承載力和地震作用下耗散能力，規范要求一二級抗震墻時墻的厚度應≥16Omm，底部加強區宜≥200mm，三四級抗震等級時應≥14Omm，豎向鋼筋應盡量配置于約束邊緣。

　　4 剪力墻的邊緣構造

　　4.1 結構試驗表明矩形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差：計算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性：因此在矩形墻兩端設約束邊緣構件不但能較顯著地提高墻體的延性，還能防止剪力墻發生水平剪切滑動提高抗剪能力。從1989年出版的規范開始在剪力墻中提出了暗柱、端柱、翼墻(柱)、轉角墻(柱)，也就是目前規范中的約束邊緣構件或構造邊緣構件的抗震措施。

　　4.2 對規范的不同理解往往產生了五花八門的設計。有人將每一軸線的墻理解為一片墻僅在端墻設暗柱，有人將凡是拐角或洞口邊都設暗柱，而即使是公開發表出版的權威參考書或設計手冊對暗柱(翼墻柱)的截面取值也出現了以下三種不同尺寸，因此造成配筋的差別很大，甚至相同的資料由于出版的時間不同，對規范的理解也有所不同。

　　4.3 從2002年開始實施的建筑結構規范，根據結構類型及受力狀況，對剪力墻兩端及洞口兩側的加強邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強部位要求分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩類。

　　5 剪力墻結構的厚度和配筋問題

　　5.1墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現后發生脆性剪切破壞，同時起到抵抗溫度應力防止混凝土出現裂縫，設計中當建筑物較高較長或框剪結構時配筋宜適當增加，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當增加。但對于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否適當減小值得探討。

　　5.2墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用， 目前在一些多層低高層剪力墻中電算結果多為構造配筋;但配筋時所取的配筋率有人往往扣除了約束邊緣構件或構造邊緣構件中的鋼筋，筆者認為豎向最小配筋率應該包括邊緣構件中的筋，墻肢的豎向配筋原則也應該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區并保證鋼筋間距≤300mm，也應該注意防止豎筋過多使墻的抗彎強度大于抗剪強度，對抗震不利。

　　6 剪力墻結構的超長問題

　　6.1 剪力墻結構剛度大，受溫差影響大，混凝土的收縮、徐變產生的變形大，墻體對樓面、屋面產生的約束也大：當結構發生收縮變形時比其他結構易出現裂縫。一些未超長的剪力墻結構產生墻體或樓面裂縫，其主要原因就在此。

　　6.2 剪力墻結構多用于商品住房和公寓，使用狀況復雜，一旦私人購買的房子出現裂縫，雖然沒有安全問題，但處理起來問題多，難度大，社會影響大。

　　6.3 混凝土結構受溫度或收縮徐變的影響與眾多因素有關 而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復雜，混凝土收縮大，約束應力積聚也大，施工工藝及管理也難控制，環境影響使用變化難于判斷，因此更難于解決混凝土收縮變形時，在受約束條件下引起拉應力而保證不出現裂縫。

　　6.4 目前混凝土的收縮量不斷增大，已由8O年代的一般收縮量300 με上升到400 με以上，因此使混凝土用量大的剪力墻產生裂縫的因素在增大。

　　6.5 目前隨著市場形勢的變化，大部分工程要趕工加班，質量難保證，為趕工混凝土中水泥用量普遍增大，使混凝土收縮量增大，加上由于混凝土強度的提高，使彈性模量增加將引起更大的約束拉應力產生，增大了結構出現裂縫的因素。

　　6.6 普遍使用商品混凝土泵送施工，為了泵送，增大水泥用量，減少了中粗骨料含量和骨料粒徑，加上泵送混凝土合比和施工送料時的不良因素影響等都加大了結構收縮量，增加產生裂縫的因素。

　　7 結語

　　圍繞著多層建筑結構 總結了多層建筑結構設計的特點，提出了剪力墻設計的幾個問題，以及高層建筑結構分析和各種體系相對應的方法.

　　【參考資料】：

　　[1] 史建華.混合結構房屋抗震設計探討[J].建材技術與應用.2007.5.

　　[2] 徐培福等.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.