纯剪力墙结构体系的设计探讨

邓寿文

摘要： 剪力墙结构是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构。剪力墙结构具有空间整体性好、刚度大、房间利用率高、整体抗震性能好等特点，因此该结构体系在住宅、旅馆及超高层建筑中得到了广泛应用。本人结合多年结构设计工作经验，对纯剪力墙结构在结构设计方面的一些要点进行初步探讨。

关键词： 剪力墙结构、结构设计、 高层建筑

Abstract: the shear wall structure of the building wall as a bear is the vertical load, the structure of the horizontal load resistance. The shear wall structure a space, integral sex is good rigidity, high efficiency, whole room seismic performance is good wait for a characteristic, so the structure system in residential, hotel and ultra-high buildings to a wide range of applications. I combined with years structure design experience, the pure shear wall structure in the structural design of some points for a preliminary discussion.

Key words: the shear wall structure, structure design, high building

中圖分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：

1概述

随着生活水平的不断提高，人们对住宅舒适度的要求也不断提高，原来框架结构体系因露柱露梁已不能满足人们对住宅空间的要求。而剪力墙结构体系的住宅空间利用率高、整体性好、抗震性能好等，竖向构件（剪力墙）和水平构件（框架梁、连梁）可以做到与建筑内、外墙同等厚度和宽度，室内无露梁露柱，体型简洁，便于室内布置，目前已成为高层住宅及旅馆等采用的主要结构形式。但是， 此结构体系仍存在一些缺点：一是施工难度大，使用过程中平面布局不能随意更改；其次混凝土墙体较多，建筑物质量增加；最后剪力墙结构造价比一般框架结构要高。

本人于2011年初完成了14层的广州武警指挥学院公寓楼的结构设计，该工程采用纯剪力墙结构，为高层住宅楼，地下半层，地上十四层。该公寓楼标准层平面布置图见图1。本人结合个人多年的结构设计经验，对剪力墙结构设计过程中的一些要点进行初步探讨。

2结构方案选型

根据建筑方案，该建筑功能为一般性住宅，因此房间空间的利用及美观显得格外重要，若采用一般的框架结构势必影响房间使用空间和美观，房间、客厅等位置露梁露柱的现象不可避免。而且对于10多层的建筑，框架柱的截面初步估算应不小于600x600mm，严重影响内部美观，使用上也不方便，因此该结构不适合采用普通框架结构，采用框支剪力墙一样不能达到很好的效果。

剪力墙结构的空间利用率高、抗震性能好，墙体、结构梁可以做到与填充墙等厚，在内部看不到任何突出的结构构件，室内空间宽敞流畅，装修相对简单方便。因此采用剪力墙结构无疑是最佳的结构方案。

3结构设计中应该控制的参数

3.1周期比

周期比主要是控制结构的扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。根据《高层建筑混凝土技术规程》JGJ3-2010第3.4.5条规定：结构平面布置应减少扭转的影响。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Tl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级高度的混合结构及复杂高层建筑不应大于0.85。根据计算结果，该结构的周期如下（表1）：

从表1可以看出，周期比满足规范要求。因建筑平面布局在部分外转角不能布置L型墙体，只能布置一字型剪力墙，故周期比较大，但仍在控制范围内。

3.2位移比

位移比主要是控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。根据《高层建筑混凝土技术规程》JGJ3-2010第3.4.5条规定：结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。根据计算结果，在考虑偶然偏心的情况下，该结构的位移比如下（表2）：

3.3刚度比

刚度比主要是控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。根据《高层建筑混凝土技术规程》JGJ3-2010第3.5.2条规定：对于框架-剪力墙、板柱-剪力墙、剪力墙结构等，楼层与其相邻上层的侧向刚度比值不宜小于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。因该结构剪力墙上下贯通设置，中间没有转换层，根据计算结果，刚度比满足规范要求。

3.4轴压比

轴压比主要是控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，剪力墙轴压比有明确规定，见表3：

该工程按7度三级进行抗震设计，根据计算结果，轴压比均控制在0.45以内，除底部加强部位外，大部分剪力墙只需要设置构造边缘构件即可满足要求。

3.5剪重比

剪重比主要是控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第5.2.5条规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应满足该规范第5.2.5公式要求。根据计算结果，该结构X向的最小剪重比为2.31%，Y向的最小剪重比为2.25%，均满足规范(5.2.5)条楼层最小剪重比不小于1.60%的要求。

3.6层间受剪承载力之比、刚重比

该结构竖向布置规则，计算结果显示任一楼层层间抗侧力结构的受剪承载力与其上一层受剪承载力之比均大于1，结构X、Y两个方向的刚重比均大于10，均满足规范要求。

4剪力墙边缘构件及构造

剪力墙结构设置边缘构件后，受拉区边缘抗拉能力增强，极限承载力提高，延性和耗能能力增大。此外，边缘构件还增强了墙体平面的稳定性，所以有抗震要求的剪力墙应设置边缘构件。根据规范要求，该建筑物按七度三级进行抗震设计，对于轴压比不大于0.3时可设置构造边缘构件，对于轴压比大于0.3的墙肢、底部加强部位及上一层需按规范要求设置约束边缘构件。

结语

剪力墙结构设计的关键是，既要发挥这种体系刚度大、抗震性好等优点，又要克服其工程费用高等缺点。在许多情况下，并不是钢筋配的越多越好，这一点对结构设计人员非常重要。结构工程师应针对不同的项目进行合理的分析，选择与实际情况最接近的受力模型并充分了解所使用软件的编写依据和技术条件，只有这样才能够做到结构安全，技术经济合理。

参考文献：

【1】《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 中国建筑工业出版社，2010

【2】《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 中国建筑工业出版社，2010

【3】《高层建筑混凝土技术规程》JGJ3-2010 中国建筑工业出版社，2010

【4】沈蔳生.《高层建筑设计》第二版中国建筑工业出版社，2011

【5】原长庆.《高层建筑混凝土结构设计》哈尔滨工业大学出版社，2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。