普通高层建筑剪力墙结构设计的重难点分析

钱君 张丽 张成成 吴小伟 张盼盼

【摘要】本文结合剪力墙的概念与基本布置原则，对剪力墙结构设计的重点与难点问题进行探讨。

【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；重难点分析

1 剪力墙的基本概念

剪力墙结构是主要依靠钢筋混凝土墙来承受、传递水平与竖向荷载或作用的结构。近年来，在高层房屋中，剪力墙结构应用较为普遍。剪力墙水平横截面具有墙肢长度较长，厚度相对较薄的特点，平面内的承载力以及刚度相对较大，平面内则相反。墙肢是一种偏心受拉或受压的构件，是一种在复合状态下受弯矩以及水平剪力的平面作用和竖向压力共同影响的平面构件。由于剪力墙会受到风载的影响和地震的作用，所以要通过各种有效途径提高其刚度以及强度，并控制楼层水平构件的整体性、规则性，让楼层水平力、竖向力以可靠、明确的途径传递到竖向构件—剪力墙上。

2 剪力墙基本布置原则

剪力墙在设计过程中，剪力墙结构要达到水平位移限值的相关要求，剪力墙横截面积（总量）要足以提供需要的抗侧刚度；要充分发挥抗侧力构件的作用，墙肢数量要尽量少。剪力墙布置时，需对经济性、安全性进行全面综合的考虑。总之，在确定剪力墙的数量时，应该遵循以下原则：在位移限值条件得到充分满足的前提下，应适当的减少其数量。

3 剪力墙结构设计的重难点

3.1 剪力墙结构的厚度和配筋问题

地震规范对不同抗震等级下的剪力墙的厚度做出了明确的规定，能够在一定程度上有效地规避受偏心荷载的影响而导致的具有较小刚度和较差稳定性的墙体发生屈压失稳的现象，然而对于八度地震区的低高层和多层剪力墙结构而言，这些规定就不那么适用。以五至十五层剪力墙结构为例，在正常情况下墙肢的轴压应该不超过0.2，而电算结果墙体通常只要进行构造的配筋，然而底部功能对墙体的高度具有明确的要求，要达到3.9米，那么相应的墙体的厚度就要达到240毫米。而当业主对室内视野具有较高的要求，不设外纵墙、端柱以及带翼墙时，将层高设置为3.5至4.2米时，那么墙体的厚度就要设计为320至350毫米，很明显这种设计不具备合理性。因此对于情况相对特殊的建筑不应严守规范，而应该根据实际情况利用多种行之有效的措施对墙厚进行合理的控制和处理。

目前，我国“砼规”对抗震等级为一至三级的剪力墙以及剪力墙需要加强的部位的配筋率有着明确的规定，虽然相比于我国八十年代以及国外，目前所采用的配筋率在较长的以及高层剪力墙结构中具备一定的合理性，然而在剪力墙短小或者低矮的情况下却有待商榷。

墙的水平分布筋能够有效的规避因墙体裂缝导致的脆性剪切危害，除此以外，还能对温度应力起到一定的抵抗作用，减少砼产生裂缝的情况。当框剪结构以及建筑物较长或较高时，配筋应该进行合理的增加，尤其是一些极易受刚度以及温度等影响的敏感部位和连梁部位更应该合理的增加配筋。然而部分房屋短、矮，其水平分布筋率是否应该进行调整应该进行更加深入的研究。

墙的竖向钢筋能够切实发挥抗弯的效果，近年来部分底高、多层剪力墙中的电算结果一般为构造配筋，然而在计算配筋率时，常常会因人为因素的干扰导致部分构件中的钢筋被不合理地扣除，导致竖向配筋率计算不准确、不科学。在进行竖向配筋时，钢筋应该进行合理的布置，并严格确保钢筋间距不大于300毫米，除此以外，也应对竖向钢筋的数量进行严格的控制，避免因其过多而导致墙的抗剪强度小于抗弯强度，不利于发挥墙体的抗震性能。

3.2 剪力墙结构的超长问题

混凝土规范对不同环境下的现浇混凝土剪力墙结构、框架核心筒结构以及现浇框架剪力墙的伸缩缝间距做出了明确的规定，然而很多时候与目前建筑结构的相关要求具有较大的冲突，在工程的实际设计过程中，采用的伸缩缝间距都打破了这一规定，也间接的导致设计人员面临超长结构设计时规范意识更加薄弱。在面临剪力墙结构的超长问题时，设计人员应该心态谨慎，对问题进行科学合理的处理，一旦发生过长的情况应通过温度伸缩缝的设置进行解决，对规定的伸缩缝间距进行严格的管理，具体原因如下：

由于剪力墙结构经常应用于居民住房以及商品住房，很难实现对其使用状况的有效控制，如果发生墙体裂缝的情况，即使不会威胁人的生命财产安全，然而要进行适当的处理还是相对困难，而且涉及的因素较为复杂，会造成严重的不良影响。

剪力墙结构一般具有较大的刚性，对温度变化情况较为敏感，混凝土产生的相应的变化较大，屋面以及楼面受墙体的制约较严重。一旦结构产生变形以及收缩等状况时裂缝更容易出现。

4 优化高层建筑剪力墙结构设计的措施

4.1 注意转换层结构设计

由于高层建筑形式以及功能逐渐丰富，当建筑物的功能要求产生变化时，其结构布局也要进行适当的调整，努力的增强构件的衔接力，实现对内力的有效传递。所以对于一些相对复杂的剪力墙结构尤其是底部空间大、高位转换的结构在设计的过程中更应该谨慎。当高位转换时，具有较大质量以及刚度的转换层开始升高，有必要对转换层及其上下层的刚度比进行适当的调整并更加接近，应该严格控制转换层的质量以及刚度，转换层周围的层间位移角的状态可以通过精准的空间分析进行确定。转换层结构形式应该偏向于轻重量以及小刚度，在进行计算的过程中，振型数应尽量选用参与组合类型的。应该通过科學合理并且具有一定精准度的计算及时的发现薄弱部位，对内力分配特点进行深入仔细的研究，尽量通过有效的措施强化薄弱部位，增强其抗震性能。

4.2 优化连梁设计

连梁设计根据抗震及非抗震情况存在两种不同的高跨比，在配筋以及截面受剪承载力方面也有明确规定。所以应通过适宜的方法进行连梁的塑型调幅，尽量促进剪力设计值的降低，规避裂缝现象的发生。另外，也要加强对连梁的铰接管理。

4.3 底部加强部位的设计

对于高层剪力墙结构以及底部带转换层的高层建筑结构而言，其底部加强部位高度应该合理设置。在发生地震时，地下室的地下楼层通常为屈服部位，另外，地下一层也会受到地震作用的一定干扰影响，所以，其抗震等级应该进一步加强，换言之，加强部位应将地下一层也囊括在内。同时应该在地下一层进行约束边缘构件的有效设置，以满足相关规范的要求和标准。

4.4 剪力墙结构抗震薄弱环节的设计

对于抗震薄弱环节而言，应该通过行之有效的具体的抗震构造措施以及概念设计进行强化，尤其是一些底部外围、角点处、外边缘的连梁以及小墙肢极易受地震作用的影响发生开裂、变形、破坏等现象，更应该通过科学合理的措施进行适当的处理。

5 总结

总而言之，在普通高层建筑剪力墙结构的设计过程中，应该全面地考虑实际工程的特点和具体的情况，以谨慎认真的心态精准的计算剪力墙的受力状态，同时进行系统的分析，在设计时应正确认识并重视其破坏形态，以提高结构的稳定性以及安全性。除此以外，还应透彻的掌握并有效地运用相关的规范规定，提高自身对结构概念的认识，以不断地增强普通高层建筑的安全性与经济性。

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