高层剪力墙结构设计要点分析

高层住宅建筑中，结构构件必定占据一定的空间。剪力墙可灵活布置，与建筑填充墙可紧密的结合，为建筑创造更多的使用空间。它既可承受垂直重力荷载，又可承受水平荷载。对于高层剪力墙结构而言，剪力墙多了，刚度大，用钢量增加，会造成不必要的浪费，剪力墙少了，刚度弱，周期比超限，位移比超限，轴压比超限。如何切实有效的利用它，成了每个结构设计师的难点。

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剪力墙结构的布置注意要点

（1）剪力墙结构具备适度的侧向刚度，平面布置宜简单、规则，两个主轴的侧向刚度均匀，不宜相差过大，要尽量使各片剪力墙的高厚比大于8但不大于12。较长剪力墙宜设置跨高比较大的连梁（1.5

（2）剪力墙结构如何确定刚度是否合适。基本周期T1的合理范围为：1）当H≥250m时，T1在0.3~0.4之间；2）当150m≤H<250m时，T1在0.25~0.4之间；3）当100m≤H<150m时，T1在0.2~0.35之间；4）当50m≤H<100m时，T1在0.15~0.3之间；5）当H<50m时，T1在0.014H~0.025H之间或者0.04n~0.075n(n为楼层数)之间，或者0.08~0.15之间。

（3）剪力墙截面的确定，实际工程设计中剪力墙截面通常由轴压比来控制。在前期设计时，在重力荷载代表值作用下，平均设计轴压比控制在0.46左右。还可通过平均轴压比确定一层剪力墙的面积，一般剪力墙结构在重力荷载代表值作用下单位面积质量1.35t/m2,假定楼层数n=30层，标准层楼层面积为A，一层剪力墙混凝土等级为C45，则一层剪力墙的面积大致为Aw=(1.2x1.35x10xAX30)/(0.46x21.1x103)，Aw/A=0.05。据此，可初步确定剪力墙面积，一般30层左右小开间剪力墙结构，底部剪力墙厚度200mm，混凝土等级为C45，大开间剪力墙结构，底部剪力厚度250mm，混凝土等级为C45~C50.

(4)在剪力墙结构楼面梁板布置上，需结合建筑使用功能，宜在沿着剪力墙长方向布置楼面梁。当楼面梁与剪力墙垂直相交时，宜增设扶壁柱或者暗柱，且要保证梁钢筋伸入剪力墙内的长度满足钢筋锚固要求（注：此项容易被设计人员忽略）。

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现在高层建筑结构基本采用结构分析软件进行整体计算，软件参数的设置（以PKPM satwe举例），要注意：

1)总信息中，勾选墙梁（ln/hb≤5.0）跨中节点作为刚性楼板从节点这项，可加大墙体的侧向刚度，致使整体的侧向刚度变大，基本周期变小。

2）高级参数中，勾选“按框架梁建模的连梁混凝土等级默认同墙”以及“短肢墙判断时考虑相连墙肢厚度影响”。

3）风荷载信息中，“承载力设计时风荷载效应应放大系数”根据《高规》4.2.2判断，建筑高度大于60米的高层建筑，该系数取1.1，不大于60米，该系数取1.0。水平体形系数的判断，根据《高规》4.2.3条及附录B。

4)地震信息 “考虑双向地震作用”根据《高规》4.3.2-2及条文说明确定，“考虑偶然偏心”根据《高规》3.4.5、4.3.3及条文说明确定。当计算双向地震作用时，可不考虑偶然偏心的影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结果进行比较，取不利的情况进行设计，故建议同时勾选。“周期折减系数”根据《高规》4.3.17条确定。勾选“程序自动考虑最不利水平地震作用”。

5）调整系数1 “梁端负弯矩调幅系数”根据《高规》5.2.3条确定，取为0.8~0.9。“连梁刚度折减系数 ”根据《高规》5.2.1条确定，6、7度取0.6,8、9度取0.5.

6）调整系数2 二道防线调整，根据《高规》8.1.4条确定。“调整分段数”可区分裙房段和裙房以上段。

7）设计信息1 “结构重要性系数”根据《高规》3.8.1条确定，安全等级根据《工程结构可靠性设计统一标准》附录A确定。

8）设计信息2 勾选“执行《建筑结构可靠性设计统一标准》”。“剪力墙构造边缘构件的设计执行高规7.2.16-4条的较高配筋要求”仅对于连体结构，错层结构以及B级高度高层建筑结构中的剪力墙（筒体）才勾选。

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对于整体计算结果注意要点

1) 楼层侧向剪切刚度比

根据《抗规》6.1.14-2条：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。其中侧向剪切刚度比依据《高规》附录E，E.0.1条计算。根据《高规》5.3.7条指出，计算地下室楼层侧向刚度时的“相关范围”一般指主楼外扩不超过三跨的地下室范围，结合《抗规》6.1.14-2以及条文说明，“相关范围”一般从地上结构（主楼，有裙房时含裙房）周边外延不大于20m，故计算地下室楼层侧向刚度时的“相关范围”可取地上结构周边外延三跨或者20m。

2）【楼层剪力/层间位移】刚度比

根据《高规》3.5.2-2条规定：对非框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比，本层与相邻上层的比值不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1；对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。根据《抗规》3.4.3-2条：该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。这两条要求需同时满足，特别要注意对结构底部嵌固层的要求。当一层作为结构底部嵌固层，且与二层的刚度比值不大于1.5倍时，PKPM软件把一层定义为薄弱层，这点值得商榷。作者认为当出现上述情况时，仅说明一层不满足嵌固层的要求，嵌固端要下移，而不能将一层定义为薄弱层。

3）周期

根据《高规》3.4.5条规定：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑，超过A级高度的混合结构以及复杂高层建筑不应大于0.85.计算周期比时，(1)不考虑偶然偏心；(2)扭转因子大于0.5的周期为Tt；(3)考虑刚性楼板假定。

4）位移比

根据《高规》3.4.5条规定。计算位移比时(1)考虑单向地震力；(2)考虑规定水平力；（3）考虑偶然偏心及扭转藕联的影响；(4)考虑刚性楼板假定；(5)竖向构件最大水平位移和层间位移和该楼层的平均值之比（《抗规》3.4.3及条文说明图1）满足相关规范要求。

5) 位移角

根据《高规》3.7.3条规定。计算位移角时(1)弹性方法计算的风荷载或多遇地震保准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比；(2)根据《高规》表3.7.3确定限值，侧向刚度越大的结构体系，限值越小；(3)不考虑偶然偏心，但考虑扭转藕联影响；(4)考虑刚性楼板假定；(5)采用CQC的效应组合，不是规定水平作用力。

6）结构整体稳定验算

根据《高规》5.4条规定。当高层建筑结构满足5.4.1条规定时，弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响，即不考虑P-Δ效应。《高规》5.4.4条明确了刚重比的下限，即结构整体稳定性应满足最小刚重比的要求。

7）剪重比

《高规》4.3.12条规定了在多遇地震水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准的剪力和相应重力荷载代表值的比值的最小值，即楼层最小地震剪力系数值。需注意的是地下室楼层，无论地下室顶板是否作用上部的嵌固部位，楼层最小地震剪力系数值可不满足表4.3.12的要求；当部分楼层（只有小部分楼层）计算分析得到的楼层地震水平剪力的标准值小于规范规定的楼层最小水平地震剪力时，可采用加大地震力调整系数的方法，对楼层进行剪力放大，放大系数不宜大于1.15，不应大于1.2。

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结论

随着剪力墙结构的广泛运用，经济性指标也成为结构设计师需要考虑的重要指标。如何设计经济合理的剪力墙结构呢？我们应从相关标准、规范出发，首先把握的要点是均匀性，这是设计的核心内容。建筑形体及其结构布置平面、竖向需规则，各个构件在竖向荷载、水平荷载效应下受力比较均匀；第二是设置合理计算参数；第三是计算后的控制性结果只需要略大于规范限值即可。