高层建筑剪力墙的影响因素分析

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计算层数选取15层至26层，墙体最小厚度取160mm，根据JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定:抗震等级为三级的剪力墙结构的截面厚度，不应小于层高的1/25，且不应小于160mm，故最小墙厚取160mm。在层数增多时，为保证墙肢轴压比不会超限，通过增加剪力墙的墙厚来保证结构的最大层间位移角为1/2400不变。运用有限元结构分析软件SATWE进行计算分析，得出墙厚、振动周期、地震作用剪力、刚重比及剪重比这些参数随层数的变化关系，从而分析层数对结构抗侧刚度的影响。选取结构层数为15层、18层和21层为研究对象，层高分别取2.9，3.0，3.1，3.2，3.3，3.4m。同样，为保证墙肢轴压比不会超限，通过增加剪力墙的墙厚来保证结构的最大层间位移角为1/2400不变。运用有限元结构分析软件SATWE进行计算分析，得出墙厚、振动周期、刚重比及剪重比这些参数随层高的变化关系，从而分析层高对结构抗侧刚度的影响。

层数影响分析

1墙厚随层数的变化

从SATWE计算结果的数据运用origin绘图程序绘制出墙厚随层数的变化曲线如图2所示，可以看出，在保证结构最大层间位移角不变的情况下，剪力墙的墙厚随结构层数的不断增加而增加，其中在图形中可明显看出，层数在15～21时，剪力墙墙厚随结构层数的增加呈线性增加，层数在21～26时，剪力墙墙厚随层数增加所增加的幅度明显增大，呈非线性增加。JGJ3—2010规定，建筑物的高宽比是指建筑总高度与建筑物短向长度(本例即Y方向的长度)之比。可知，当结构层数为15层时，该建筑物的高宽比为2.63，21层时，高宽比为3.93，26层时，高宽比为4.81，结合上面的讨论可以知道，建筑物的高宽比在2.63～3.93时，随着高宽比的增加，墙厚随层数线性增加，即结构最大层间位移角随层数线性增加，建筑物层数超过21层时，建筑物的高宽比在3.93～4.81时，在随着高宽比的增加，墙厚随层数非线性增加，也即结构最大层间位移角随层数非线性增加。可以看出，在建筑物的高宽比大于4时，随着层数的增加，高宽比的增大，结构的层位移角的增幅较大，因此在在层数较大时，结构的抗侧刚度削弱明显，需要加强建筑物的抗侧刚度，这样会导致结构的造价成本大幅增加，因此建议一般在高层建筑剪力墙结构的设计时尽量使得建筑物的高宽比不大于4，可很好控制建筑物的造价成本。

2振动周期和地震剪力随层数的变化

从SATWE计算结果的数据运用origin绘图程序绘制出振动周期和地震作用基底剪力随结构层数的变化关系曲线如图3和图4所示。从图3和图4可以看出，在保证结构最大层间位移角不变的情况下，两个方向的振动周期和地震作用基底剪力都随结构层数和剪力墙墙厚的增加而增加，结构抗侧刚度将有所减小，地震作用加大。

3刚重比和剪重比随层数的变化

从SATWE计算结果的数据运用origin绘图程序绘制出刚重比和剪重比随结构层数增加的变化关系曲线如图5和图6所示。从图5和图6可以看出，在保证结构最大层间位移角不变的情况下，两个方向的刚重比和剪重比都随结构层数和剪力墙墙厚的增加而减小，说明当结构的层数增加时，通过增加剪力墙的墙厚来调整结构的抗侧移刚度，以保证结构的最大层间位移角保持不变，会对结构的整体稳定和安全造成不利的影响，且层数越多影响越大。

层高影响分析

以15、18和21层的结构为研究对象，改变层高，通过增加剪力墙的墙厚来保证结构的最大层间位移角为1/2400不变，分别从墙厚、振动周期、地震剪力、刚重比及剪重比这些参数随层高的变化关系。由于X、Y两个方向的计算结果变化的趋势相近，故本节重点对Y方向振动周期、地震剪力、剪重比和刚重比等结果进行研究分析。

1墙厚随层高的变化

可以看出，在保持结构最大层间位移角不变的情况下，墙厚随着结构层高的增加呈线性增加。层高的增加使得剪力墙结构抗侧移刚度降低，且层高增加时，剪力墙墙厚的增长幅度要大于改变层数时剪力墙墙厚的增长幅度，为了更加确切地说明墙厚增加与层高变化的关系，将层高增长率与剪力墙墙厚的增长率进行对比分析，如表1所示，可以看出，相同层数时，剪力墙墙厚的增长率随着层高增长率的增加呈非线性增加，墙厚的增长率要大于层高的增长率，同时，结构的层数越多时，墙厚的增长率越大，通过以上可以说明改变结构的层高要比改变结构的层数对剪力墙结构的抗侧刚度影响更加显著，层高增加越多，剪力墙结构的抗侧刚度减小的幅度越大。

2振动周期和地震作用基底剪力随层高的变化

从SATWE计算结果的数据运用origin绘图程序绘制出振动周期和地震剪力随结构在层数为15、18和21层时随层高增加的变化关系曲线如图8和图9所示。从图8和图9可以看出，在保证结构最大层间位移角不变的情况下，两个方向的振动周期和地震作用基底剪力都随结构层高和剪力墙墙厚的增加而增加，地震作用加大。

3刚重比和剪重比随层数的变化

从SATWE计算结果的数据运用origin绘图程序绘制出刚重比和剪重比在层数为15层、18层和21层时随随结构层高增加的变化关系曲线如图10和图11所示。从图10和图11可以看出，在保证结构最大层间位移角不变的情况下，两个方向的刚重比和剪重比都随结构层高和剪力墙墙厚的增加而减小，说明当结构的层高增加时，通过增加剪力墙的墙厚来调整结构的抗侧移刚度，以保证结构的最大层间位移角保持不变，会对结构的整体稳定和安全造成不利的影响。

结语

1)在保证结构的最大层间位移角不变的情况下，增加结构的层数同时增加相应的剪力墙的墙厚，当建筑物的高宽比小于4时，剪力墙的墙厚随结构层数的增加呈线性增加，当建筑物的高宽比大于4时，剪力墙的墙厚随结构层数的增加呈非线性增加，即在层数较大时，结构的抗侧度削弱明显，需要加强建筑物的抗侧刚度，这样会导致结构的成本大幅增加，因此建议一般在高层建筑剪力墙结构的设计时尽量使得建筑物的高宽比不大于4(JGJ3—2010规定A级高度剪力墙结构的高宽比在7度区不宜超过6)，能够控制建筑物的造价成本。

2)在保证结构的最大层间位移角不变的情况下，改变结构的层高要比改变结构的层数对剪力墙结构的刚度影响更加显著，层高增加越多，剪力墙结构的抗侧刚度减小的幅度越大。

3)结构层数和结构层高增加时，通过增加剪力墙的墙厚来保证最大层间位移角不变来调节剪力墙结构的抗侧移刚度，结构的刚重比和剪重比有所减小，会对结构的整体稳定和安全造成不利的影响。（本文作者：胡孔鹏、陈道政 单位：合肥工业大学土木与水利工程学院）