高層建筑剪力墻結構設計需關注的要點

（衡水華澤工程勘測設計咨詢有限公司053000）

【摘要】建筑結構設計要求設計出的剪力墻能夠有很好的剛度，在地震過程中能保持其原有狀態，不產生較大的變形，對剪力墻的強度提出了很高的要求?；诖耍闹泄P者就高層建筑的剪力墻結構原理進行入手，對進行剪力墻設計的幾個要點進行了簡要的分析。

【關鍵詞】高層建筑、剪力墻、結構設計

一、前言

隨著社會的不斷發展，建筑結構的設計理念也在不斷創新，建筑方案也愈加趨向于豐富多彩。而如何保證建筑的安全性是首要問題，而剪力墻設計因是縱橫承受荷載而使其具有較強的抗震性和抗風性，承受力也較強的特點而被多高層建筑廣泛采用。

二、高層結構的剪力墻結構原理

現今的高層建筑，很多都是剪力墻構造的。很多人只看到高層建筑物，但還不明白其構造原理。那么什么是剪力墻呢？它有什么樣的結構效能呢？一般建筑物中的豎向承重構件都是由墻體承擔的，這種墻體既要承擔水平構件傳來的豎向重力，還要承擔風力或地震作用傳來的水平方向的作用力。剪力墻由此而生，這種墻體除了最基本的能避風避雨外，還能抗震。高層的剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護墻，在設計墻體的時候，要考慮平面布置和結構布置兩方面的因素，需要同時滿足這兩方面的要求。高層建筑的剪力墻結構體系要求有很好的承載能力，并且要具有較好的整體性和空間性能，相對框架結構而言，剪力墻要有較好的抗側能力，那么對于高層建筑就需要選用剪力墻結構。高層建筑的剪力墻結構優點有側向剛度大，在水平荷載作用下側移小，但是其缺點是剪力墻的間距有一定限制，建筑平面布置不是很靈活，不適合要求大空間的公共建筑，另外結構自重也較大，靈活性相對而言比較差，一般適用住宅、公寓和旅館。剪力墻結構的樓蓋結構一般采用平板，可以不設梁，所以空間利用比較好，可以節約一些高層建筑的成本。

剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結構自重和樓面荷載，通過樓面傳遞到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內產生彎矩以外，在墻肢內主要產生軸力。可以按照剪力墻的受荷面積簡單計算?？蚣芙Y構和剪力墻結構，兩種結構體系在水平荷載下的變形規律是完全不相同的?？蚣艿膫纫魄€是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪力墻的側移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架-剪力墻（以下簡稱框-剪）結構中，由于樓蓋在自身平面內剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側移基本相同。這使得框-剪結構的側移曲線既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡稱彎剪型。假設有向右的水平力作用與結構，在結構底部，框架將把剪力墻向右拉；在結構頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框-剪結構底部側移比純框架結構的側移要小一些，比純剪力墻結構的側移要大一些；其頂部側移則正好相反?？蚣芎图袅υ诠餐袚獠亢奢d的同時，二者之間為保持變形協調還存在著相互作用。框架和剪力墻之間的這種相互作用關系，即為協同工作原理。

三、剪力墻結構的幾個關鍵點設計

高層建筑最主要的受力構件包括剪力墻、框架柱、梁和樓板。而剪力墻作為豎向構件是形成結構抗側力剛度的最主要構件，它在建筑中承擔著整個結構的豎向荷載和絕大部分水平荷載。當高層建筑的受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成所謂的剪力墻體系。在這個體系中單片剪力墻承受了全部的豎向荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構，作為一種良好的結構體系，其位移曲線呈彎曲型，它的強度、剛度都較高且具備一定延展性，傳力直接均勻，有較好的整體性和較強的抗倒塌能力。其在高層建筑中的應用范圍大于單純框架或者框架—剪力墻混合體系。剪力墻建筑結構的設計應從以下幾個方面考慮：

1、剪力墻中大墻肢處理

在墻長度較長的情況下，為滿足每墻段的高寬比均大于2，可以通過開洞的方式分割長墻為小而均勻的獨立墻段。除此以外，在墻段長度較小時其受彎產生的裂縫寬度較小，可以充分發揮墻體配筋的支撐作用。而對于剪力墻結構中，存在較少的長度大于8m的大墻肢，在理論計算中樓層的剪力大部分由這些大墻肢來承受。在發生地震特別是超烈度等強烈震動時，最容易受到破壞的便是這些大墻肢。小墻肢因沒有足夠的配筋，使整個墻面結構會受到全面破壞結構。

2、約束邊緣構件箍筋的設置

約束邊緣構件分為“陰影部分”和“非陰影部分”，對于“陰影部分”規范中對豎向鋼筋和箍筋或拉筋的配置都有較明確的要求，設計中易于理解和執行。但對于“非陰影部分”僅規定其箍筋配箍特征值為“陰影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿豎向的間距及豎向鋼筋應如何配置并未做出具體規定，因此，目前在工程設計中做法比較混亂。而豎向鋼筋可在箍筋交叉點處按剪力墻豎向分布筋直徑設置。

3、注重轉換層結構設計

對于高位轉換的底部大空間剪力墻結構這樣的復雜結構應當慎重設計，由于高位轉換時剛度和質量較大的轉換層升高。調整轉換層本身及其上下的剛度比使之接近是必要的，轉換層本身的剛度和質量不宜大。最終可通過水平力作用下精確的空間分析檢查轉換層附近的層間位移角是否基本均勻，宜盡量選用剛度和重量較小的轉換層結構形式，計算時應多取參與組合的振型數。通過計算仔細分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內力分配特點，通過調整內力和構件配筋設計改善薄弱部位的性能.

4、優化連梁設計

根據《高規》在連梁設計方面的規定，對于連梁非抗震及抗震設計時高跨比大于2.5及小于2.5兩種情況。在截面受剪承載力及配筋方面有不同規定，為此應將連梁進行塑性調幅，以降低剪力設計值，塑性調幅可采用兩種方法。（1）在內力計算前將連梁剛度進行折減，進行地震作用效應計算時折減系數不宜小于0.5；非地震效應計算時應慎重折減，必要時可不進行連梁剛度折減。（2）在內力計算之后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數，無論采用何種方法，連梁調整后的彎矩、剪力設計值不應低于使用狀況的值，也不宜低于比設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值，以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁出現裂縫，同時要注重連梁的鉸接處理。

5、底部加強部位的設計

在剪力墻結構設計時，根據《高規》規定：一般高層剪力墻結構，底部加強部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/10和底部兩層高度二者的較大值；部分框支剪力墻結構的底部加強部位高度，應從地下室頂板算起，宜取至轉換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。當將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發生在地上樓層。同時將影響到地下1層，此時地下1層的抗震等級不能降低，加強部位的范圍應向下延伸到地下層，并應按規范要求在地下1層設置約束邊緣構件。

四、結語

綜上所述，隨著建筑行業的不斷發展以及人民精神需求的不斷提高，這都給建筑設計的復雜性帶來了更大的挑戰，從而為建筑結構設計帶來更大的難度。對高層建筑中剪力墻結構設計機械探討具有十分重要的意義。因此我們在實際的設計過程中應注重結構設計的每個細節，從而使高層建筑更具合理性和安全性。

參考文獻：

[1]王玉菲：《小高層剪力墻設計中的幾個問題》，《山西建筑》，2006年07期

[2]趙杰 趙將勇：《對高層建筑剪力墻結構設計的探討》，《產業與科技論壇》，2011年03期

[3]王林 于海 朱金聲：《剪力墻結構設計中幾個問題探討》，《科技創新導報》，2009年05期