房屋结构设计中的相关问题及对策探究

赵峰 赵立明

【摘要】文章首先简要分析了房屋建筑设计中剪力墙结构的相关问题，并在此基础上提出高层房屋建筑中剪力墙结构设计的有效对策。期望通过本文的研究能够对高层建筑剪力墙结构设计质量的提升有所帮助。

【关键词】高层建筑；房屋结构；剪力墙设计

近年来，随着我国城市化进程的不断加快，推动了建筑业的发展，各类建筑工程日益增多，其中又以高层建筑居多。剪力墙结构以其自身诸多的优点，在高层建筑设计中获得了广泛应用。借此本文就高层建筑设计中剪力墙结构的相关问题及对策进行探究。

1 房屋建筑设计中剪力墙结构的相关问题

1.1剪力墙的分类及其特点

剪力墙结构是指由钢筋混凝土墙-板组成的空间结构体系，通过楼板传递水平荷载使各剪力墙协同工作，共同承受楼板传递的竖向荷载、风荷载以及水平地震的作用。剪力墙的分类及其特点如下：

1.1.1整体墙结构。

墙体不开洞，或开洞面积小于墙体面积15%的剪力墙结构。整体墙结构可视为一悬臂整体墙，墙肢的弯矩值不会随着墙肢高度的变化而变化，不存在反弯点，墙体以弯曲变形为主。

1.1.2多肢墙结构。

在墙体上开有一排或多排尺寸较大洞口的剪力墙结构。多肢墙结构的截面洞口较大，严重影响墙体的整体性，尤其在连梁处的弯矩容易出现突变，多以弯曲变形为主。

1.1.3壁式框架结构。

在墙体上开尺寸更大的洞，在削弱墙肢刚度的同时增加连梁刚度，使墙体的受力特性接近于框架结构。壁式框架结构的突变主要发生的楼层处，以剪切变形为主。

1.2剪力墙布置时应注意的问题

在剪力墙结构中，要沿主轴方向或其他方向双向布置剪力墙。为了满足剪力墙结构的抗震设计要求，要保证两个受力方向的抗侧刚度相近，均匀布置剪力墙，合理控制剪力墙数量。若剪力墙配置过多，不仅无法使墙体得到充分利用，而且还会加大抗侧刚度、地震力以及自重，增加不利因素；若剪力墙配置数量不足，则会造成结构抗侧刚度不够。

确保剪力墙墙肢截面规则，竖向刚度均匀，上下对齐布置门窗洞口，形成稳定的墙肢和连梁结构。尽量避免设计使墙肢刚度相差悬殊的洞口结构，根据抗震设计要求，一级、二级和三级抗震等级剪力墙不得采用叠合错洞墙，底部加强部位不得采用错洞墙。

对较长的剪力墙应采取洞口设计，将其分为若干墙段，以免剪力墙脆性破坏。每一墙段长度应相等，且保证墙段的总高度与其截面高度之比必须大于2（截面高度不应超过8m），墙段间采用弱梁连接。此外，为避免出现刚度突变问题，应自上而下连续布置剪力墙。

在剪力墙墙肢连接于其平面外方向的楼面梁时，应采取有效措施降低梁端部弯矩对墙的不利影响，保证剪力墙平面外的穩定性。具体措施如下：将剪力墙设置在与梁相连处，用以抵抗沿梁反向的墙肢平面外弯矩；若不能将剪力墙设置在梁轴线方向相连处，则必须将扶壁柱设置在墙与梁的相交处。根据实际情况计算扶壁柱的截面和配筋；若不能在墙与梁的相交处设置扶壁柱，则应当用暗柱替代扶壁柱，根据相关要求计算配筋；在特殊情况下，可将型钢设置在剪力墙内。

2高层房屋建筑中剪力墙结构设计的有效对策

2.1剪力墙结构的基本设计原则

为了能够抵抗来自于不同方向上的地震作用力，剪力墙应当双向均匀布置，在楼梯间和电梯井等位置处布设剪力墙时，不得造成结构布置不规则的情况发生。此外，在结构设计时，应充分考虑楼梯存在对结构的影响，并能够根据实际要求对楼梯构件进行合理设计。

在高层建筑中，应设计成总体屈服机制优先，采用这样的处理方式能够有效延缓结构的整体破坏，具体而言，就是横向构件应先于支撑结构主体的竖向构件发生屈服破坏。

剪力墙的墙肢破坏归属于剪切破坏的范畴，这种破坏形式是非常典型的脆性破坏，其特点是延性较差。为此，在具体设计时，要防止因连梁强度过大引起墙肢破坏的情况发生，若是连梁较强且形成整体强，则应适当加强连梁与墙肢连接部位的设计。

实践表明，当连梁发生破坏后，会导致墙肢之间失去连接而独立工作，这样一来结构整体的抗侧刚度会大幅度降低。若是独立的墙肢仍能维持正常工作，则结构整体在连梁屈服之后也可持续承受各种荷载，直至墙肢屈服破坏为止。如果墙肢的塑性铰区的延性较好，那么这种破坏形态即弯曲破坏，其耗能能力及延性都相对较好。为了实现剪力墙的上述设计目标，在实际工程中，剪力墙与连梁之间应当依据强墙弱梁及强剪弱弯的原则进行布设，这样有助于提高结构的整体抗震性能。

2.2剪力墙结构的设计要点

2.2.1墙肢构造设计。

①截面厚度。对于一级和二级抗震设计而言，结构底部所承受的弯矩最大，为此应在设计过程中对结构底部进行适当加强。加强部位的墙身厚度不应小于墙肢长度的1/16，最小不得小于200mm，非加强部位的墙身厚度最小不得小于160mm；如果采用的是一字形剪力墙，加强部位的截面厚度不得低于层高的1/12。②墙肢配筋。一级和二级抗震设计中，剪力墙的水平与竖向分布钢筋的配筋率不得低于0.25%，非抗震设计时，不得低于0.20%，同时应采用双排钢筋，并以拉筋进行连接，其直径不得小于6mm，间距应当控制在600mm；剪力墙水平分布的钢筋应当全部锚入到端柱内部；一级、二级、三级短肢剪力墙在重力荷载作用下的轴力设计值不宜超过0.5、0.6和0.7。

2.2.2连梁构造设计。

在抗震设计时，连梁顶面、底面深入墙内的纵向受力钢筋的锚固深度应≥600mm；按照框架梁梁端加密区的箍筋构造要求，沿连梁全长布置箍筋。在非抗震设计时，箍筋与箍筋之间的距离应≤150mm，箍筋直径应≥6mm；将构造箍筋配置在顶层连梁纵向钢筋深入墙体的长度范围内，箍筋与箍筋之间的距离应≤150mm，构造箍筋直径等同于连梁箍筋直径；在连梁范围内布置墙体的水平分布钢筋，将其作为连梁的腰筋连续拉通布置。在连梁截面高度>700mm的情况下，其梁两侧的腰筋直径应≤10mm，并将腰筋的间距控制在200mm范围内；在连梁跨高比≤2.5的情况下，其梁两侧的腰筋面积配筋率应≤0.3%。

2.2.3与转角窗相连处剪力墙的设计。

与转角窗相连接位置处的剪力墙，墙肢内端暗柱在首层柱的根部弯矩较大，为提高结构的整体稳定性，应对暗柱的长度取值进行适当调整，不得采用1.5-2.0倍的墙厚。可将转角窗位置处的墙肢假定为普通柱，为抵抗根部较大的弯矩，可将柱内的受拉钢筋配置在相对较大的范围以内，该范围即剪力墙的暗柱长度范围，可取600mm。此外，当连接部位的墙肢宽度较短时，应适当增加墙厚，这有助于提高墙肢的抗弯能力。

结论：

综上所述，高层建筑剪力墙结构设计是一项较为复杂且系统的工作，由于剪力墙结构的类型较多，不同的结构类型具有不同的特点。为此，在具体工程中，除了要遵循剪力墙结构的基本设计原则之外，还应了解并掌握设计要点，只有这样，才能使设计出来的剪力墙结构满足高层建筑的需要，也才能进一步提升建筑的整体稳定性。

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