高層建筑中剪力墻結構設計的幾個要點

徐偉

(無錫市都市建筑設計有限公司，江蘇 無錫214073)

剪力墻結構（shear wall structure）是指能夠代替框架結構中梁柱承擔各類水平、豎向荷載并能有效控制結構水平力的鋼筋混凝土現澆結構。這種結構具有增加建筑物內部空間、減少用鋼量等優點，目前在高層房屋尤其是高層住宅建筑得到大規模的運用。作為結構設計人員，在造價一定條件下如何最大限度地提高剪力墻的剛度，對于實現建筑結構安全效益、經濟效益與社會效益的有機統一有著重要的意義。

1 剪力墻結構的優缺點

1.1 剪力墻結構的優點

實踐證明，剪力墻結構的運用可以在很大程度上減少建筑結構的用鋼量、降低工程成本，同時由于其具有較強的整體性能，擁有相對較大的剛度足以抵抗各類荷載，尤其是水平向荷載。具體到高層住宅建筑中，剪力墻結構的運用還能將建筑物內部的分隔墻與承重墻有機結合，增加建筑物內部空間，不僅安全可靠，而且經濟美觀。

1.2 剪力墻結構的缺點

剪力墻結構在存在諸多優點的同時，難免會存在一定的缺點。主要表現在以下4個方面：

（1）相對于框架結構，剪力墻的存在難免導致建筑自重的增加，建筑物建造成本相應增加。此外，地震作用下結構的地震反應也相對增大；

（2）剪力墻結構自身剛度較大從而能夠較好地抵抗側向變形，相應的建筑物上部結構以及下部基礎也需予以加強，建筑物成本增加在所難免；

（3）剪力墻結構中構造鋼筋的配筋率相對較低，雖然在一定程度上節省了鋼材，但卻使得結構延性變??；

（4）剪力墻墻肢自身承載能力得不到充分運用。

2 剪力墻結構設計的幾個要點

2.1 根據建筑物層數合理選定結構方案

（1）20層以下住宅建筑

對于20層以下住宅建筑，短肢剪力墻結構比傳統現澆剪力墻結構有著較為明顯的優勢。一方面，短肢剪力墻面上結構洞存在可以一定程度地降低結構的自重，相應地結構的剛度也減小，地震作用下結構的地震反應也減??；另一方面，短肢剪力墻各強肢的承載能力能夠得到充分地發揮，這樣在降低工程成本的同時還能很大程度地提高結構的承載能力。此外，短肢剪力墻結構還能有效改善建筑物墻體的保溫性能。

短肢剪力墻結構基本原理：與傳統剪力墻相比，短肢剪力墻上有一定數量的結構洞。在短肢剪力墻結構中，短肢剪力墻承受了大部分的豎向荷載。而短肢剪力墻結構中各墻肢連接為一體，整體性能良好，因此，建筑物具有良好的抗震性能。現實中通常會出現結構洞數量超過需求數量的情況，研究表明此時結構仍可保持良好的抗震性能。

短肢剪力墻結構設計要求：①對于包含多片剪力墻而剛度較大的抗剪核心筒，由于需要抵抗風荷載以及水平向地震作用等的破壞，因此，一般該區域不采用短肢剪力墻。但當單面墻體長度超過8m時，就需在該片剪力墻中間開一個洞，即形成短肢剪力墻。②對于非核心筒區域的剪力墻，應當根據剪力墻的位置將它們分割成長度為4-6bw的短肢剪力墻，相應的結構形式可采用“--”型、“L”型或“T”型。設計時需要注意，應盡量避免長度小于3.5bw墻肢的出現，若無法避免則必須給予墻肢配筋必要的加強。

從經濟性角度出發，短肢剪力墻結構可從以下3個方面節約工程造價：①短肢剪力墻面有限度開洞，相應位置鋼筋混凝土被造價相對較低的材料所代替；②降低結構自重，建筑物上部結構截面減小，結構構造配筋率降低，相應基礎部分的費用支出也得到降低；③降低結構的剛度，相應地降低了由水平力所引起的結構反應大小，最終使得建筑物上部結構以及基礎費用支出減少。

（2）20層以上住宅建筑

對于層數超過20層的住宅建筑，傳統的現澆剪力墻結構則比短肢剪力墻更加有優勢。這主要是由于采用短肢剪力墻而高度較高的建筑結構體系的結構頂點位移、層間位移以及底部剪力系數等控制量都很難滿足規范的相應限制要求，相應的結構安全性得不到保證，因此，這種情況下應優先選用傳統現澆剪力墻結構。

2.2 避免剪力墻連梁超筋

通常情況下，剪力墻結構體系中剪力墻的數量相對較多且分布較為分散，水平荷載作用下，各剪力墻彼此之間抵抗變形的剛度相近、受力也較為均勻，因此連梁超筋的問題還較為少見。但是，這種問題在某些情況下還是客觀存在的，這對結構體系的受力較為不利，因此應予以避免。

（1）導致連梁超筋的原因

在剪力墻結構體系中，以下4個方面原因可能最終導致連梁超筋：

①連梁自身跨高比較小；

②剪力墻面結構洞豎向中心線錯位、不共線；

③與連梁兩端連接的剪力墻墻肢過長；

④在剪力墻結構體系中剪力墻布置數量相對較少且承受的水平了相對較大。

（2）設計過程中避免連梁超筋的方法

根據上述關于連梁出現超筋問題的原因，可從以下4個方面出發加以控制：

①加大連梁跨高比，設計時可適當加大連梁中間部位洞口的高寬尺寸，或者設置一道貫穿縫；

②在設計過程中，設計人員應盡量使得洞口豎向中心線能夠保持在同一直線上，如客觀條件不允許，則應按照規范的要求在洞口相應位置采取必要的加強措施；

③對于墻肢過長的剪力墻，可以認為的在其中間位置設置結構洞來加以解決；

④設計人員在設計過程中應當從全局把握，確定好剪力墻的數量、分布以及墻肢的情況，從而杜絕這些因素所造成的連梁超筋問題。

若采用上述4種措施仍然不能很好的解決連梁超筋問題，還可以采取以下2種措施：

①在結構設計過程中，將連梁剛度乘以一定的折減系數，但這個系數必須大于等于0.55。連梁剛度適度折減就意味著在一定程度上允許連梁在水平力作用下產生開裂進入彈塑性狀態；

②對上下層及中間層連梁的彎矩設計值進行平衡性調整，調整的幅度應以調整前的20%為限度。設計時在降低連梁彎矩設計值的同時，相應提高相鄰上下層連梁的彎矩設計值，調整過程不能打破保持整體的平衡。

上述2種措施若還不能湊效，則還可以增加連梁相鄰墻肢的配筋量。

2.3 合理配置剪力墻暗柱鋼筋

根據相關規范規定，一、二、三級剪力墻加強部位都必須設置暗柱、端柱。這主要是為了滿足抗震的要求，因為設置暗柱、端柱等邊緣構件的剪力墻在地震作用下可以消耗大量的地震波能量，其邊緣構件抗拉能力強，相應的結構整體穩定性也有很大程度的提高。

3 結語

剪力墻結構設計應建立在對剪力墻結構性質、特點充分認識的基礎上，設計人員必須能夠使剪力墻結構最大限度地發揮其優勢，克服其缺陷。本文作者結合規范及自身工作實踐，在分析了剪力墻結構優缺點的基礎上對住宅建筑中剪力墻結構設計的幾個要點進行了介紹，希望能對剪力墻結構設計的發展有所幫助。

［1］祁瑞.剪力墻設計的幾個問題[J].中小企業管理與科技，2012(02).

［2］趙海峰.鋼筋混凝土剪力墻設計中需注意的問題[J].內蒙古石油化工，2011 (07).

［3］韋靜.淺析剪力墻結構設計[J].中國城市經濟，2011(12).