高層剪力墻結構設計要點分析

夏杰雄

（高明區建設施工圖審查站，廣東 佛山 528500）

隨著我國社會經濟的發展以及人們生活質量的提高，越來越多農村人口向城市聚集，使得城市人口越來越擁擠，這勢必會帶來住房緊張等各類問題，然而想要緩解城市人口以及住房壓力等問題就只能不斷擴大城市建設的同時新建高層建筑，從而擴大城市人口容納量，加快城市化進程。在高層建筑中，剪力墻結構因為其獨有的抗震性能好、抗側剛度大、側移較小的優勢而被廣泛應用于其中，特別是高層剪力墻住宅。然而剪力墻結構設計過程中仍沒有一個明確的規定用以判斷剪力墻截面尺寸大小及其形狀、位置布置等合理與否情況，一般情況下都是根據結構工程師經驗來進行設計、判斷的。這就使得一些不合理設計問題容易出現，從而導致建筑結構安全性不足或造價增加等。本文主要以佛山裕富花苑住宅小區工程項目中的C座住宅樓為例，并在此基礎上探討其剪力墻結構設計過程中存在的問題。

1 工程概況

以建筑總高度為52.5米的佛山市裕富花苑住宅小區工程項目中的C座住宅樓為例，此住宅樓共有層數為17層，且地下室為1層。此建筑長度為28米，寬21米，地下室人防等級為6級，采用現澆混凝土剪力墻結構。本工程抗震設防為6度，基本地震加速度設計為0.05g，抗震設防類別設計為丙類，設計使用年限為50年，建筑整體安全級別為二級。C座住宅樓標準層平面圖如圖1所示。

圖1 C座住宅樓標準層平面圖

2 高層建筑結構設計特點與剪力墻結構特點分析

2.1 高層建筑結構設計特點分析

高層建筑結構的設計主要有以下幾個方面的特點：首先是，剪力墻結構的設計主要是根據水平荷載而進行的，水平荷載成為了決定性的因素。原因是剪力墻結構因為豎向荷載力（包括重力等）引起的彎矩與軸力大小只是與建筑高度的一次方成正比例的關系，而水平荷載引起的傾覆力矩以及在豎構件中出現的軸力大小是與建筑高度的兩次方成正比例關系；且對一般建筑而言，豎向荷載（包括自重等）的值基本上都是固定不變，而水平荷載主要有風荷載與地震作用等，其數值是可改變的，且隨著結構動力特性的改變而改變；其次是，在自重等豎向荷載作用下軸向變形比較大。高層建筑豎向荷載比較大，容易使柱出現較大的軸向變形，從而影響到主梁的彎矩。此外，還會對構件的位移以及剪力造成一定程度的影響，最終影響建筑結構設計的安全性；第三，側移的控制是建筑結構設計的重要內容。建筑結構的位移與建筑高度呈正比關系，高度越高位移就越大，從而影響到工程建筑的安全性，這就要求，在對建筑結構進行設計時應注意將在水平荷載作用下結構位移量控制在規定限度以內；第四，結構延性是建筑結構設計進行的關鍵指標。在地震作用下，高層建筑與較低樓房建筑相比，出現的變形量會更大一些。為確保高層建筑結構在通過塑性變形階段后仍然具備較大的變形能力，以防倒塌現象發生，因此，應采取有效的處理辦法，使高層建筑結構具備充足的延性。

2.2 剪力墻結構特點分析

現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，除了承受樓板傳來的豎向荷載外，還承受風荷載和水平地震作用。剪力墻結構的抗側剛度大，在水平力作用下的側移較小，承載力較大，且整體性較好。通過合理設計，能設計成抗震性能很好的延性剪力墻。由于剪力墻承載力大，側向變形小，且有一定延性，在多次大地震中，剪力墻結構破壞很小，表現出很好的抗震性能。但剪力墻的間距一般較小，平面布置不夠靈活，建筑空間受到一定限制，因此一些需要大空間的建筑使用剪力墻結構就受到一定的限制。對于上部為住宅，下面幾層為商場的高層建筑，對影響建筑使用空間的剪力墻，可以采用框支梁、框支柱來轉換，擴大使用空間。

3 簡述剪力墻結構設計的要點

3.1 剪力墻結構的合理布設

在對剪力墻結構進行合理布設時應注意以下幾個要點：（1）剪力墻應沿主軸方向雙向均勻布置，宜使兩個方向抗側剛度接近，不宜采取單向的方式進行布設。盡量使得剛度中心與質量中心靠近，減小地震造成結構扭轉；（2）在對剪力墻結構進行布設時，墻肢使用不宜選擇“一”字形的，帶翼緣的T型或L型等最為適宜。以上C座住宅樓在剪力墻結構布置中墻肢就主要以T型和L型的為主，“一”字形墻肢的采用則比較少；（3）為減輕結構自重，加大建筑可用空間，剪力墻不宜布置太密使結構有合適的剛度，以滿足規范的側移限制為好；（4）剪力墻豎向剛度要求勻稱，由下到上連續布置，可沿高度改變剪力墻厚度和混凝土強度等級；（5）剪力墻上要布置洞口，應盡量布置成成排成列，能夠形成很明確的墻肢和連梁，使得應力分布比較規則，又與計算簡圖較為吻合，設計結果比較可靠。本次案例C座住宅樓剪力墻布置圖如圖2所示。

圖2 C座住宅樓剪力墻布置圖

3.2 剪力墻長度和厚度的選擇

剪力墻越細長（寬高比不小于2），延性越好，從而對脆性的剪切破壞能夠起到預防的作用，而為了確保剪力墻結構有充足的延性，剪力墻墻肢設計的長度通常情況下為8米以內。如本次C座住宅樓建筑工程設計中，剪力墻墻肢長度大部分設計在1.6米至2米以內，最大的為3.8米。如果剪力墻墻肢長度為8米以上或更大時，長墻可通過開設洞口的方式分為長度均勻且較短的聯肢墻，而洞口連梁應采用弱連梁。

《高層建筑混凝土結構技術規程》為確保剪力墻的穩定性和剛性，在第7.2.2條提出了剪力墻的最小厚度，且規定在短肢剪力墻結構中，其選擇的抗震等級應比第7.2.2條規定的要高出一級。本次工程中，填充墻厚度設計為200毫米，那么剪力墻厚度也應相應的設計為200毫米，如此一來，有利于剪力墻平面外獲取較充足的剛度，預防偏心荷載作用下剪力墻結構出現彎曲、不穩的情況。

3.3 連梁在剪力墻結構中的設計

所謂連梁，指的是在剪力墻結構中，在墻肢與墻肢之間的梁。在地震和風荷載作用下，連梁對墻肢發生彎曲變形破壞時的形態影響很大。在對剪力墻進行設計時，應對連梁的設計引起重視，合理設計使剪力墻受破壞的幾率得到有效控制或降低。在對連梁進行設計時，應根據強墻弱梁的原則而進行，使剪切墻結構延性得到提高。

3.4 底部加強區約束邊緣構件設置

通過《高層建筑混凝土結構技術規程》以及《建筑抗震設計規范》可知，應將約束邊緣構件布設于一、二級抗震剪力墻鄰近的上層墻肢的端部及其底部加強區位置，且三、四級抗震設計、非抗震設計的剪力墻墻肢端部和一、二級抗震設計剪力墻的其余位置也應布設約束邊緣構件。《建筑抗震設計規范》還規定，在重力荷載代表值作用下墻肢底截面的軸壓比如果與一定值相比比較小時，也應布設構造邊緣構件。構造邊緣構件布設的主要作用為，條件合適時，它可以有助于剪力墻耗能能力及其延性的增強，如本次C座住宅樓將地下室一直至地上三層設計為加強區。

3.5 剪力墻的配筋設計

剪力墻結構中，水平筋與豎向筋的間距一般在150毫米至300毫米之間，通常情況下選200毫米，且水平筋于剪力墻外側設置，豎向筋則于剪力墻的內側設置。如果有負責將主筋和箍筋拉住的拉筋時，拉筋材料應選擇Φ8或者是Φ6的鋼筋，間距不宜大于600毫米。豎向鋼筋的搭接率的確定應依照剪力墻結構的抗震級別來進行。剪力墻結構中，暗柱與短柱中的水平筋直至端部為止應保持接連不斷，于端部彎折，且彎折的長度應設計為10d。對于豎向筋，不應在暗柱中布設，但是其總配筋應符合構造需求。

結語

本文主要在筆者多年建筑結構設計經驗的基礎上，簡要概述了高層建筑剪力墻結構的特點以及高層建筑結構本身的特性，對高層剪力墻結構住宅的優勢進行了闡明，并總結概括了剪力墻結構設計過程中常見的問題和注意事項。從剪力墻長度以及厚度選擇、剪力墻結構合理布設等角度出發，并在此基礎上提出了一些在進行設計過程中所遇見的問題和解決方法。同時結合佛山市裕富花苑住宅小區工程項目中的C座住宅樓的實例，指出了剪切墻在設計過程中應注意的事項以及具體應用的相關解決措施，意在為相關建筑工程設計人員提供參考，用以加強建筑工程的安全性以及經濟性。

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