剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的应用论述

王诗瑶 王柱成 刘广鹏 任盛鑫

摘 要：剪力墙结构设计直接影响到建筑整体安全和工程经济性。因此，在实际工作中有必要对剪力墙结构受力、性能、特点、要求和不同构件间的相互作用进行深入了解，从实际入手对设计进行不断改进和优化，实现预期设计目标，在保证结构安全性及各项性能的基础上，降低工程造价，提高经济效益。

关键词：剪力墙结构；高层住宅；建筑结构设计；应用

1 剪力墙种类

剪力墙（shear wall）又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载{重力}的墙体。防止结构剪切破坏。

它分平面剪力墙和筒体剪力墙。平面剪力墙用于钢筋混凝土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系中。为增加结构的刚度、强度及抗倒塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，整体性好。筒体剪力墙用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中 ，由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成，筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体，其刚度和强度较平面剪力墙高可承受较大的水平荷载。

墙根据受力特点可以分为承重墙和剪力墙，前者以承受竖向荷载为主，如砌体墙；后者以承受水平荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用产生，因此剪力墙有时也称为抗震墙。

剪力墙按结构材料可以分为钢板剪力墙、钢筋混凝土剪力墙和配筋砌块剪力墙。其中以钢筋混凝土剪力墙最为常用。

2 建筑结构设计中剪力墙结构受力分析

剪力墙结构设计有自己的设计原理及其原则。由于剪力墙通常比普通墙的厚度大且宽，所以它的特征比较像板，但是还是有一定的区别，剪力墙通过压弯构件计算，板根据弯曲构件计算。因此有必要在结构设计分析中考虑到具体的设计差异。此外剪力墙墙肢长度，壁厚范围都有自己的特点，当高度和墙段比厚度小于或等于4，应按框架柱的结构设计；当墙肢截面高度与厚度之比大于8时，使用一般剪力墙；当墙肢截面高度与厚度之比在4～8之间时，则要使用短肢剪力墙，这些也是剪力墙的结构设计的基本原则。剪力墙结构由一系列纵向剪力墙和横向剪力墙以及由空间结构组成的梁板组成。在两种负荷的主要：一是竖向荷载，竖向荷载主要是梁板传来的活载、恒载、竖向地震作用及剪力墙身自重；其他主要是水平荷载，地震作用和水平风荷载。剪力墙内力和变形分析包括承载力极限状态和正常使用极限状态分析。在极限承载力状态下，剪力墙在各种工况下不受破坏，能安全承受重力荷载。在正常使用极限状态下，结构变形满足规范要求，在满足设计要求的基础上结构经久耐用。框架结构的变形主要是剪切变形，剪力墙的变形主要是弯曲变形。为了实现剪力墙的弯曲破坏的延性破坏模式。《高层建筑混凝土结构技术规程》中有规定，墙的长度最好不要超过8m。事实上，有两个主要因素影响剪力墙的破坏模式是轴压比和剪跨比，只要轴压比小于规定的限值而剪跨比大于2，可以实现延性破坏模式。当剪力墙的长度超过8m时，尽可能在墙体中部开洞，形成一个双墙肢，通过弱连梁连接，一般来说剪跨比也会大于2，可以满足延性破坏的要求。在地震作用下，通过连接梁的能量，梁端首先进入塑性变形，形成塑性铰，使梁成为抗震的第一道防线。

3 建筑剪力墙结构的设计

3.1 厚度设计

在设计剪力墙结构时，需严格依据我国有关规定，对于剪力墙的厚度选择上需切实依据震级来进行，对于抗震等级是一、二级的建筑物，它的底部加强范围的剪力墙厚度不应小于200mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/16，其余部位墙体厚度不能低于160mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/20。对于抗震等级是三、四级的建筑物，它的底部加强范围的剪力墙厚度不应小于160mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/20，其余部位墙体厚度不能低于140mm。对于无端柱或者翼墙时，底部加强区的墙厚要求更为严格，一、二级不宜小于层高或无肢长度的1/12，三、四级不宜小于层高或无肢长度的1/16。除此之外，在对剪力墙厚度进行设计时，如果所遇到的状况比较特殊，设计人员需采用有效的应对措施，增强概念设理念，结合墙肢轴压比的状况，同时保证便于施工现场钢筋的绑扎及混凝土浇筑质量控制，对建筑结构的安全性能够展开全面控制，进而增强建筑整体结构强度。

3.2 延性设计

剪力墙结构设计应重点从这几个方面着手；首先，保证结构的墙体底部具有较好的延性及耗能能力，应控制结构在其底部一定高度范围不出现屈服，对墙体底部加强区范围的受剪承载力予以提高，加强其抗震构造措施，保证建筑物底部一定高度范围具有较大的彈性变形能力，提高结构的整体抗倒塌能力。另外，在强震作用下，结构破坏的过程应当是连梁先屈服，然后才是墙肢底部出现塑性铰，连梁设计同样遵循强剪弱弯的原则，连梁作为耗能构件，必须保证其延性，避免在地震作用下，连梁发生剪切破坏。

3.3 结构参数

由于建筑物承载荷载力比较大，所以在对剪力墙设计时，需对各项参数展开全面考虑，以便对其进行有效控制，从而保证建筑物在荷载力在可控范围内。在设计建筑物的结构参数时，务必要对建筑物的比例、位移等方面进行全面分析，进而展开设计，将建筑物的各项参数控制在有效范围中，来确保建筑物不会因设计欠缺规范性而重心不稳。在设计建筑物的结构参数时，需对不规则的剪力墙展开科学设计，把其管控在规定范围内。

4 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用形式

4.1 在墙体布置上的运用形式

在对建筑物的剪力墙结构进行设计时，墙体的合理布局十分重要，它是建筑整体结构设计的关键，很大程度上决定了建筑的安全性、可靠性及经济性。其主要是依据主轴以及其他某一方向展开的双向布置，但在对剪力墙进行实际布设中，需要确保设计者时刻保证剪力墙体的均衡性。另外，在对剪力墙结构进行设计时，尤其当建筑物的宽度与高度尺寸相对来讲均比较大时，在承受弯矩、水平剪力以及竖向压力时，能够切实保障均衡性，使剪力墙避免出现个别墙肢因过大的截面吸收更多的地震力，承担过大的剪力及弯矩，提高整个建筑物的抗震性能。

4.2 在计算上的运行形式

建筑结构设计中，计算为核心构成部分，同时也是设计剪力墙结构过程中运用的主要形式。所以，建筑结构中剪力墙结构的设计，设计者需切实依据相关计算工作，来对剪力墙的实际承受荷载力的能力进行判断，从而确保剪力墙结构的整体质量。但大多数时候，设计者对剪力墙结构的计算都未结合建筑施工实际状况，从而导致建筑的剪力墙结构计算结果与实际使用状况不符。应对建筑物能够承受的荷载力有一个全面了解，对于其他环节的设计提供有效的参照依据。

5 结束语

近年来，城市高楼化趋势不可动摇，高层建筑将会快速发展，所以剪力墙结构会得到更多地运用。高层建筑的剪力墙结构设计，在建筑施工整个过程中占有重要位置，也是我国专业人员一直努力钻研的方向。但是由于多种客观原因，目前，尚存在很多需要研究探讨的地方，跟国外的剪力墙结构设计相差还很大，因此，针对这一问题，我们需要投入更多的时间与精力做到更好。笔者也会一直努力。

参考文献：

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