高层建筑剪力墙结构设计的要点分析

周建国

(阳泉市规划设计院，山西阳泉 045000)

随着时代的发展，人们对建筑的质量和功能的要求越来越高，剪力墙结构正是在这种背景下应运而生。在施工实践中，剪力墙结构抗侧刚度大，能够很好的提高建筑抗震能力、减少钢材使用量，同时也能够较好的优化建筑结构，剪力墙的应用越来越广泛，但是随着高层建筑形式的复杂化和多样化发展，高层建筑剪力墙结构设计难度也在不断增加。

1 剪力墙及其结构特点

一般而言，建筑墙体结构按照受力的特点可以分为承重墙和剪力墙两类，承重墙主要承受的是竖向荷载，而剪力墙主要承受的是水平方向的荷载，由于具有能够抵抗水平地震作用，剪力墙也被称为抗震墙。

剪力墙结构的优越性非常明显。其侧向刚度较大，在水平方向的荷载作用下不会有较大侧移，承载力及抗侧力较好，因能较好的承受竖向荷载和抵抗水平荷载而被广泛应用于高层建筑结构中;剪力墙结构自重较大，对于吸收地震能量而言优势明显;另外，相较于梁柱结构而言，剪力墙和楼板组成的受力体系形成的建筑空间更为宽敞，其楼盖是不设梁的平板结构，很大程度上使得净高增加，建筑空间利用率提升。但是剪力墙也存在明显的缺点。因其间距的限制，剪力墙不能形成太大的开间，如果是大空间的结构则不适合采用剪力墙结构;剪力墙的墙体比较密，制约了建筑平面和空间的布置，不适合大空间建筑功能的需求;此外，剪力墙结构体系造价比较高，施工技术也较为繁琐。

2 高层建筑剪力墙结构设计要点

2.1 剪力墙连梁的设计

剪力墙的连梁是一种特殊构件，它不同于一般的梁。首先，在结构自重、正常荷载状况下，以及存在风荷载和小震的状况下，它能起到支承、联系构件作用，并能承受荷载、联系墙肢、增加剪力墙的刚度;其次，对于出现中型或大型震动的状况下，可以通过自体的屈服及破坏来分散地震能量的破坏作用，是一种能耗构件。所以对于剪力墙连梁而言，首先在正常状况下的弹性阶段，要保证承载力足够，不会形成较大的变形及裂缝。其次，它的刚度不能过高，便于在地震这种强载荷的作用下首先形成屈服和破坏，以便耗散能量。在结构设计中，钢筋混凝土结构不是说钢筋一定要多多益善，对于剪力墙连梁设计中这一点就非常明显，但是为了保险起见，实际配筋时大家大都愿意将计算结果放大一些，这种思想在剪力墙连梁配筋时一定要摒弃。连梁配筋也是采用和普通梁构造类似的纵筋和箍筋，通常情况下做正常配筋就可以。如果工程对延性要求高时，应采用斜交叉配筋。如果连梁存在超筋，可按照以下做法处理:1)降低连梁截面高度;2)对连梁的剪力设计值进行塑性调幅;3)在计算模型中将该连梁取消，计算与该连梁相连的墙肢配筋面积，选择两个模型该墙肢计算结果值较大的进行配筋。剪力墙的刚度和强度必须符合设计要求，才可实现连梁与墙体的协调。连梁能够起到加固连接墙肢和加强剪力墙刚度的作用。在做剪力墙结构整体设计时要对连梁所具有的刚度进行适当的折减，折减值要大于0.5，取值范围在0.6～1.0之间为佳。折减刚度后，如果出现斜截面受剪承载力和正截面受弯承载力降低状况，为避免地震效应的影响，要采用降低整体刚度、减小连梁高度的方式。针对高层建筑中大面积剪力墙的大范围墙体应当合理增加配筋量，特别注意建筑中的温度变化敏感装置和连梁位置，配筋的数量要能够确保剪力墙结构的整体稳定。高层剪力墙的竖向配筋，主要是适量增加剪力墙边缘的钢筋数量以加强墙体的抗弯承载力。

2.2 剪力墙结构的布置

一般而言，钢筋混凝土剪力墙结构载荷通常来自于风载荷、竖向载荷以及水平地震力等。剪力墙结构的布置，首先要考虑建筑功能需求，合理确定结构轴线，做好规则的对称布置。剪力墙布置首先要满足建筑物空间的要求，在此基础上使剪力墙均匀的布置在建筑物的平面和竖向位置，理论上满足平面方向抗侧刚度接近、竖向则刚度连续。平面的剪力墙布置方式应该简单易行，双向布置，长度应合理，如果剪力墙较长，应采用设置连梁的方式将其划分为均匀的墙段，墙段长度应小于8 m，每个墙段的高度与其长度比以大于3为宜。剪力墙不应布置的过密，以降低结构的自重。如果墙段长度超过了8 m，应采取以下的处理方法:1)为了保障墙体的延性，可在墙上设置结构洞。2)为了保证在地震作用下超长墙体首先发生破坏后，周边其他的墙体的承载力足够大，应在计算周边其他墙体和暗柱配筋时把超长墙作断开处理。竖向的剪力墙布置，应遵循从下到上进行连续布置的方式，使门窗、洞口对齐成列，避免存在洞口宽度悬殊以及叠合错洞现象。如果不能避免错洞，则要利用有限元法进行严谨的计算，并于洞口四周采取有效的加强措施。

剪力墙结构的布置，首先要考虑竖向构件的布置，同时要保证结构的对称性要求，为避免较为严重的扭转效应出现，应着重做好以下方面:1)保证剪力墙结构体系整体刚度。若是无控制性的增加剪力墙结构刚度，尽管能够缩短工期，同时会使地震力增大，也极大的耗费了施工材料。地震力增大的后果势必会造成连梁超筋、墙肢部位抗剪性能下降。2)结构中要避免独立小墙肢的出现。因为独立墙肢的出现会增加施工难度。结构设计中可采用合理布置建筑剪力墙以及合并洞口的方式。对于短肢剪力墙结构要做好合理选择。尽管短肢剪力墙结构能够降低结构的自重，同时极大提高结构布置的灵活性，但对于结构的抗震性能还是有影响的，不利于保障建筑结构的稳定和安全。3)剪力墙结构的布置应尽量选用带翼缘的T形和L形墙肢，并控制好肢的轴压比，增加纵向箍筋和钢筋的配筋率，从而增强墙肢抗震能力;为形成明显的连梁和墙肢，墙肢在开洞时要做到上下对齐，布置要成列。4)剪力墙结构的布置要避免楼板主梁平面安置于剪力墙上，如果必须要安置的话，要在剪力墙的合理位置放置暗梁。此外，连梁作为一种耗能构件，可能在地震情况下破坏，在作楼面梁的布置时，应避免将楼面梁支承在连梁上。

2.3 底部加强部位设计

在剪力墙结构设计过程中，对于普通的高层剪力墙结构，在进行结构设计时，可将底部两层高度与嵌固部位以上墙肢总高度的1/8这两个数值中的较大值作为底部加强部位应有的高度。如果高层建筑结构的底部附带有转换层，可以根据墙肢总高度的1/8与框支层加上框支层以上2层的高度这两个数值中，选择较大值作为剪力墙底部加强部位应有的高度。

2.4 重视转换层结构设计

当前，高层建筑结构越来越多样化和复杂化，对于有些高层大楼一楼的上部和下部分别具有不同的使用功能时，就应该通过添加相应的转换构件的方式，改变结构布置，使得上下结构之间形成良好的衔接，设置有转换构件的楼层即是转换层。在进行结构设计时，应尽量采取轻度较高和刚度较小的转换结构形式，对于结构内部存在的薄弱部位和环节要认真分析研究，根据具体的结构分配内力特点来调整构件配件和内力设计，从而提高薄弱部位的整体性能。

2.5 其他应注意的问题

对于开间比较大的客厅现浇板，板厚在满足结构要求外，也要将舒适度考虑进去，楼盖竖向自振频率要控制好，满足规范要求。卧室、客厅中梁的布置要结合建筑的使用功能，保持建筑的整体美观，同时避免压头梁，避免梁位于门洞上。另外，洗手间的荷载必须要将浴缸等设施的重量考虑进去。在住宅剪力墙结构中，如果电梯四周的墙体是混凝土墙体时，值得注意的是不要提前考虑电梯呼梯盒洞口的预留。如果电梯底坑底部要使用为其他功能性的房间时，要严格依据电梯厂家所提供的资料要求，计算电梯底坑的冲击荷载，看电梯底坑板的厚度能否满足设备安装和建筑结构要求。地下室的顶板应将施工荷载考虑在内，此施工荷载可结合顶板覆土工序考虑。

［1］李 芳.短肢剪力墙结构自振周期的能量变分解［J］.山西建筑，2006，32(6):51-53.

［2］贺 杨，张永胜.高层建筑结构优化设计［J］.山西建筑，2012，38(5):65-67.

［3］贺海斌，朱学文.高层剪力墙结构中剪力墙抗侧刚度的优化设计研究［J］.工程建设与设计，2011(9):89-91.