高层建筑剪力墙结构设计分析

王伟建

江西省建筑设计研究总院 江西 南昌 330046

前言

剪力墙又叫作“抗风墙”、“结构墙”和“抗震墙”，剪力墙设计的主要作用是为了房屋建筑减少因为抗风荷载和地震的作用而引起的水平荷载和竖向荷载的压力，剪力墙是主要的抗荷载建筑构件，通常承受了所有水平荷载和竖向荷载的压力，剪力墙的刚度强弱直接关乎房屋建筑的安全性。

1 剪力墙的特点和分类

剪力墙拥有强大的侧向荷载抵抗能力，在一些地质复杂地区或者地震区以及高层建筑中使用非常多，剪力墙可以单独构成一个建筑构件，也可以和建筑框架一起构成框架-剪力墙构件，此外根据剪力墙是否开洞以及开洞的大小、开洞数量和开洞位置可以分成四类，下面我们具体介绍这四类剪力墙以及受力特点：

第一种是没有开洞或者是开洞面积小于整体剪力墙面积的15%，这种剪力墙的受力变形主要是弯曲变形，另外受力特点和悬臂墙是一样的，所以弯矩图没有反弯点也没有发生突变。

第二种是开洞面积高于整体剪力墙面积的15%，但是不会超过50%，这种情况属于小面积整体开口剪力墙，受力时弯矩图在连接梁的地方发生突变，只有在房屋建筑正常才会有反弯点。

第三种是开洞口特别大或者是所开的口是分列布置的多肢剪力墙，它的受力特点和第二种是相同的。

第四种是开洞的洞口相对较大时，墙肢线刚度接近梁线刚度的壁式框架，弯矩图在楼层地方易发生突变，且经常出现反弯点[1]。

2 高层建筑剪力墙设计需要关注的要点

2.1 剪力墙的结构优化

剪力墙水平荷载和竖直荷载的压力比较大，另外剪力墙的刚度要求也会比较高，所以在现代高层建筑中使用非常多。在高层建筑进行剪力墙设计施工时，需要综合考虑各个墙体的特点和实际施工背景对剪力墙进行优化，剪力墙的优化主要从剪力墙的结构布置、洞口位置和建筑剪力墙的构造措施 三方面入手，在设计安全的基础上，也要做到经济成本的控制。

（1）结构布置

为了降低对高层房屋建筑的建筑功能的影响，在建筑结构中进行剪力墙设计，设计剪力墙时要多选择建筑结构的周边外围护墙，当布置各墙肢的时候，设计人员要学会通过调整边缘的构件来满足建筑对抗扭、抗侧刚度的要求。另外在进行剪力墙布置时也要考虑到小墙垛布置以及连续转折可能对建筑整体结构的影响。

（2）洞口位置

在剪力墙中进行开洞在很多高层建筑设计时都是会经常出现的，因为开洞的大小和位置都会导致剪力墙的墙肢间为非直线应力分布，一旦分布偏离非常大的时候，要在整体墙计算方法基础上进行修正，此外进行墙体抗震设计时，尽量避免剪力墙的墙边和开洞的洞口以及洞口和洞口之间形成墙肢截面高度和厚度比低于4的小墙肢[2]。

（3）建筑剪力墙的构造措施

剪力墙的主要受力特征是平面内的承载力和刚度较大，而平面外的承载力和刚度都很小，所以要对剪力墙的平面外应力作用及扭矩进行控制，具体的来说可以通过以下的方法进行控制：抗震墙的结构要满足墙肢轴压比限值界线值时，要按照规定设置构造边缘构件，一般情况下，剪力墙的墙体配筋基本要求为竖向钢筋放在内侧，水平钢筋放在外侧；宜在剪力墙平面外与框架梁连接处设置暗柱，便于框架梁纵筋、连梁和剪力墙竖向钢筋的锚固，并根据构造要求设置箍筋和纵筋。

2.2 结构方案的选择

（1）20层以内的剪力墙设计结构方案

对于20层以内的建筑进行剪力墙设计时，往往都采用现浇剪力墙结构，这是由于现浇剪力墙结构的墙肢轴压力会小很多，需要构造配筋，导致墙肢承载力无法完全发挥，因此工程费用相对较高，另外因为结构的要求需要，要选择短肢剪力墙结构来进行弥补。将钢筋混凝土改变为其他合理砌体，减少建筑自身重量，促使地震效应下降，在降低工程费用的同时，又能确保建筑抗震性能[3]。

（2）20层以上的剪力墙设计结构方案

由于短肢剪力墙的结构在高层建筑中无法保持稳定，其整体结构较软，可靠性不佳，无法满足工程需求，因此在建筑层数高于20层时不宜使用。对于楼层超过20层的高层建筑，要采用全现浇剪力墙结构。采用全现浇剪力墙结构时，如果结构刚度过大，可以将窗台位置的钢筋混凝土墙改变为其他砌体，利用细节调整来减少自身重量[4]。

3 高层建筑的剪力墙的抗震设计

高层建筑中，剪力墙是主要的抗震结构，因为剪力墙的水平方向的刚度比较大，因此容易满足小震作用下的结构，尤其是高层结构中的侧向位移的限制。但是，对于建筑物的刚度的大小，一直都存在较多争议。对于钢筋混凝土的剪力墙的结构，通过一些地震灾害的事实表明，刚度比较大的结构通常在地震时造成的灾害相对小一些。但是，结构刚度并不能没有限制的增加，在通常的情况下，建筑物的刚度如果越大，承受地震力的水平也会随着变大，工程费用也随之增加。因此在设计时就需要掌握好尺度的问题[5]。

4 结束语

综上所述，对于高层建筑剪力墙结构进行设计的时候，结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，力争均匀对称，结构竖向布置则必须做到结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化均匀。在此前提下，确定结构构件的合理截面尺寸，选择合适的计算软件进行计算分析，这样才能得到可靠、合理计算结果，为剪力墙结构设计打下良好的基础。我国高层建筑施工企业在剪力墙结构设计方面积累了丰富的经验，但是在实际的剪力墙结构设计中，很多问题仍然存在。为此，深入研究高层建筑剪力墙结构设计问题，为我国高层建筑施工企业在剪力墙结构设计方面的进一步发展，有着重要的意义。