剪力墻結構設計在高層建筑的中要點分析

凌福強

摘要：剪力墻結構設計是高層建筑結構設計的重要組成部分，隨著建筑行業的蓬勃發展，剪力墻結構設計在建筑設計中越來越重要，剪力墻結構設計本身就是一項專業性很強的工作，因此設計出人們需求的建筑是當前建筑行業的目標。本文將對高層建筑結構設計中剪力墻結構的要點進行簡要的探討和分析。

關鍵詞：高層建筑;剪力墻;結構設計

引言

隨著科技水平的不斷提高，多層和高層建筑的不斷涌現，作為現代建筑中重要的組成部分剪力墻結構也隨之被廣泛的應用。剪力墻墻是一種應力傳導的重要紐帶，其強度、剛度、延性等都會對建筑的穩定性以及剪力墻的性能產生巨大的影響。如今，人們對建筑設計要求不斷提高，設計人員只有不斷優化剪力墻的設計，加大對剪力墻結構的研究，才能提高建設單位對建筑的滿意度。

1.剪力墻常見類型與設計原則

1.1 高層建筑剪力墻的特點以及分類

剪力墻具有較大的剛度，在結構中通常承受大部分的水平力，成為一種比較有效的抗側力的結構，在地震區的高層建筑中設置剪力墻或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墻根據是否開洞以及開洞的大小可以分為以下幾個類型：

1.1.1 整截面墻

所謂整截面墻是指不開洞口或洞口面積小于墻體總面積16%的剪力墻。其受力狀態如同豎向懸臂梁，截面上正應力呈直線分布，沿墻肢的高度方向上彎矩既不發生突變也不出現反彎點，變形曲線以彎曲型為主。

1.1.2 整體小開口墻

整體小開口墻是指洞口沿豎向成列布置，各列墻肢和連梁剛度比較均勻。洞口面積雖然大于墻體總面積16%，但仍然屬于小面積開洞的墻體，其受力性能可按整體的懸臂考慮。并應考慮墻肢的局部彎矩，水平荷載作用產生的彎矩主要由墻肢的軸力承擔，墻體自身彎矩很小，彎矩圖有突變，但基本上無反彎點，截面上正應力接近直線分布，變形曲線仍以彎曲型為主。

1.1.3 聯肢墻

所謂聯肢墻是指洞口沿豎向成列布置，且洞口面積超過墻體總面積的16%，，連梁剛度遠小于墻肢剛度的墻體。開有一列較大洞口的剪力墻為雙肢墻。開有多列較大洞口的剪力墻為多肢墻。連梁對墻肢有一定的約束作用，墻肢彎矩圖有突變，并有反彎點存在，墻肢局部彎矩較大，整個截面上正應力已不再呈直線分布，變形曲線為彎曲型。

1.1.4 壁式框架

壁式框架是指洞口的尺寸相對較大，連梁剛度與墻肢剛度比較接近的墻體。其受力特點是彎矩圖不僅在樓層處有突變，而且在大多數樓層中都會出現反彎點，變形曲線以剪切型為主。

1.2 剪力墻結構設計原則

在剪力墻結構設計過程中，剪力墻要按墻肢截面高度與其厚度的比值判斷其類型，按柱或者按雙向受壓構件進行設計。剪力墻既要達到一定的剛度，還要具有一定的變形性能和延伸性能。高層建筑剪力墻結構會承受多方面的荷載與壓力，一方面要承擔水平剪力和彎矩，另一方面要承擔建筑物的豎向壓力。剪力墻在承受彎矩、軸力和剪力等多種力的荷載狀態下工作，設計師在設計剪力墻時要考慮到剪力墻的彎曲性能和延伸性，這樣既可以提升建筑物的抗震性能，同時還能夠避免脆性對建筑物造成的影響。剪力墻在設計的時候要切忌與平面外進行搭接，若必須進行搭接時，需要采取相應措施，以確保剪力墻的平面安全。

2.結構布置

2.1 剪力墻布置

隨著建筑物綜合性能的不斷提升，建筑設計中通常都會充分考慮到空間工作性能，所以在剪力墻結構設計時，如何有效的布置剪力墻不僅決定了剪力墻結構計算結果是否可以滿足規范要求，還決定著結構是否為最優結構體系，這一切又將決定著整個結構的經濟指標。剪力墻布置的基本原則是：

剪力墻宜沿主軸方向布置。對一般的矩形、L 形、T 形等平面宜沿兩個軸線方向布置;對三角形、Y 形平面宜沿三個軸線方向布置;對正多邊形、圓形及弧形平面可沿徑向及環向布置。應避免出現只有單向有墻的情況，并使兩個方向抗側力剛度接近，內外剪力墻應盡量拉通對直。應盡量將結構兩個方向的剪力墻通過連梁或框架梁連成整體，形成貫穿整個結構寬度和長度的抗風、抗震結構。

為充分發揮剪力墻的抗側力剛度和承載能力，增大剪力墻結構的可利用空間，剪力墻間距不宜太密，側向剛度不宜過大，以免加大自重和加大抗震設計時地震作用，造成結構的不經濟性。通過加長剪力墻墻肢長度，減少剪力墻數量，使結構整體抗側剛度增加，邊緣構件數量減少，以期通過布置較少的剪力墻獲得滿足規范要求的抗側、抗扭剛度。多布置L 形、T 形、十字形墻肢，少布置復雜形狀轉折墻肢，減少暗柱數量，盡量避免在墻肢中部布置短橫墻及小墻垛。

剪力墻的平面布置應盡可能均勻、對稱，盡量使結構的質量中心和剛度中心重合，以減少扭轉。在豎向，剪力墻宜自下而上連續布置，避免剛度突變。剪力墻厚度隨結構高度增加均勻變化，避免為保證墻體的穩定而人為增加墻厚的情況。

對于剪力墻上難以避免的洞口，鑒于洞口大小、位置及數量對剪力墻的結構受力影響很大，剪力墻上的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，且各墻肢剛度不宜相差懸殊。另外，由于剪力墻中的連梁剛度較弱，不宜將樓面主梁支承載在剪力墻之間的連梁上。

2.2 梁板布置

板厚決定了樓板用鋼量的大小，所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內設備穿管的最低要求取值，不必過厚。樓層梁布置時，應保證梁具有簡單明確的傳力路徑，避免多重次梁、多次傳力的情況。若非剛度及連接一字形墻的需要，不宜設置高連梁;連梁寬度若非剛度需要不一定與墻厚相同，以減少不必要的構造配筋量和混凝土用量。較小跨度的板上隔墻下可不設置梁，可在板內設置加強筋，以減少用鋼量。

3.剪力墻結構設計中若干問題的處理

3.1 連梁超筋：計算分析中經常會出現個別連梁超筋的現象，對超筋連梁，加高連梁的方法一般來說收效不大，應加大洞口寬度或減小梁截面，增大連梁的跨高比，減小該聯肢墻剛度，轉移其承擔的部分地震力，從而降低連梁內力達到不超筋的目的;對調整確有困難的連梁，若有其他可靠傳遞水平力的路徑也可通過降低梁的彎剪剛度而不減小梁截面的方法進行調整。

3.2 剪力墻拐角處的小墻垛若非特殊要求，計算分析模型中可不建立此類構件，若因連接較大跨度梁造成計算配筋較大應按實際配筋。

3.3 當帶翼緣的邊緣構件計算配筋且配筋量較大時，建議用“剪力墻組合配筋”重新計算該邊緣構件，可減小邊緣構件的配筋。

3.4 對小開口整體墻，因開洞形成的一字墻可不作為單片墻或短肢剪力墻，在洞口兩側僅需設置構造邊緣構件。

3.5 墻厚大于300mm 的短肢墻可不定義為短肢剪力墻，可按一般剪力墻或框架柱的相關構造要求執行。

4.結語

首先，在建筑設計方案階段，結構設計人員就應用概念設計去幫助建筑師實現業主所想要的使用、構造與形象功能，盡可能做到建筑體型規則、對稱，與建筑師一起構思總結構體系，并能明確結構總體系和主要分體系之間的最佳受力特征要求;其次，高層建筑結構水平荷載是控制結構內力和變形的決定性因素，因此，除考慮建筑功能要求外，結構單元抗側力結構的布置宜規則、對稱，受力明確、力求簡單，傳力合理、途徑不間斷，并應具有良好的整體性;結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能;盡可能設置多道抗震防線;對可能出現的薄弱部位應采取措施提高其抗震能力。一個好的結構布置對建筑物建設成本的控制起到關鍵作用，后期注重結構設計的每個細節即可得到一個較好的結構方案，使結構設計做到技術先進、安全適用、經濟合理。

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