高層建筑剪力墻結構設計的探討

安徽寰宇建筑設計院 安徽 230051

摘要：隨著高層建筑的不斷涌現，新結構模式不斷的出現，這使得建筑結構設計要不斷進行創新，這也促使了剪力墻結構得到有效的發展，本文分析探討了剪力墻結構設計的要點，并對其高層建筑剪力墻結構的具體設計進行了詳細的闡明。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻；結構設計

一、剪力墻結構設計的要點

剪力墻結構具體整體性好，剛度大以及抗側力好的特點。但不合理的剪力墻布置會對整個建筑結構的造成安全上的隱患，并且增加結構的成本，所以在剪力墻設計時，要注意以下幾點。

1、當地震作用的影響較大時，不應簡單的對剪力墻進行簡單的加長，或加厚，這種方式往往會造成成本的增加，卻無法達到最佳的效果。

2、剪力墻結構的設計，平面布局是一個重點，合理的剪力墻平面布置，能有利于防止薄弱的子結構過早破壞，使地震作用能在各子結構之間重分布，增加結構的贅余度數量，發揮整個結構耗散地震能力的作用。

3、剪力墻的配筋應在分析計算結果合理性的基礎上嚴格按照規范的要求進行配置，配筋率過低會造成剪力墻結構較低的延性，過高又會造成資源的浪費。

4、剪力墻結構的墻厚以及墻長也要合理的進行設計，應保證充分發揮墻肢的承載力，避免造成浪費。

二、高層建筑剪力墻結構的具體設計

在高層建筑中，合理的設計方式主要體現在兩個方面：一方面是控制剪力墻結構的水平位移，使其滿足相關規定的限值；另一方面則是對地震力的控制，因為即使地震力計算值處于偏小的水平，也可能出現結構頂點位移滿足要求的情況。因此，只有在底部剪力控制合理范圍內的前提下，檢查建筑物的內力、位移以及配筋情況才真正有意義。

1、剪力墻布置設計

剪力墻布置應均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且兩個方向的剛重比接近，以使其具有較好的空間工作性能，并且使兩個受力方向的抗側剛度接近。在抗震設計時，應避免僅單向有墻的結構布置。剪力墻在豎直方向要從下到上做連續的布置，在豎直方向的剛度要均勻，避免發生剛度的突變情況。剪力墻的門窗或者洞口要形成明確的墻肢和連梁。轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件兩個方向均應布置成長墻。

2、轉換層結構設計

高層建筑功能和形式日益多樣化，當多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同時，結構布置也要相應改變，要設置轉換構件銜接上下結構，傳遞內力，設置轉換構件的樓層稱為轉換層。因此，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。（必要時應采用多套計算軟件復核）

3、連梁的設計

連梁作為剪力墻結構中重要的結構構件，設計好壞直接影響到整體結構的安全和用鋼量的多少。對于高層剪力墻結構，尤其在高烈度地震區，為控制結構位移應適當把連梁高度加高，而連梁過高又容易引起連梁配筋超限。對于超限連梁，高規給出三種處理措施，一是通過減小連梁剛度來減少連梁配筋，二是對連梁的彎矩進行調幅，三是當連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可將墻肢簡化為獨立墻肢再進行一次內力分析，剪力墻的配筋應按兩次計算配筋的較大值，但這樣使墻肢的內力和配筋都有所增大。

4、邊緣結構的設計

通過很多試驗表明，剪力墻結構的延比性不好，相對來說工字型和槽形的剪力墻的延性比要比較優秀，通過計算發現剪力墻截面的兩端通過翼墻邊緣設計能夠提高墻體的延展性。所以矩形墻體的邊緣構件不但可以提高墻體的延性，同時還能防止剪力墻在出現水平剪切滑動。墻體的抗剪能力主要體現在墻體中出現的端柱、翼墻柱、轉角墻柱等，在現階段的規范中對墻體邊緣結構和構件的抗震措施有著明確的要求，需要結構類型和受力狀況進行分析，對剪力墻端墻位置和洞口兩側的加強邊緣設定相應的代表值，在墻肢軸壓比的界線和邊緣構件在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強部位要求分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩類。

5、底部加強部位的設計

抗震設計時，一般高層剪力墻結構，底部加強部位的高度可取底部兩層和墻體總高度的1/10二者較大值，部分框支剪力墻結構底部加強部位的高度，可取框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的1/10二者較大值；帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起，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，同時將影響到地下一層，此時地下一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一層，并應按規范要求在地下一層設置約束邊緣構件。

6、抗震薄弱環節的設計

在地震作用下，高層剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在剪力墻結構設計中，對這些薄弱環節，更應加強概念設計和抗震構造措施。例如，剪力墻在平面上分布要求均勻，使其鋼度中心和建筑物質中心盡量接近，以減小扭轉效應；適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度（宜取250mm，對低部外圍的小墻肢根據需要可取用300mm），加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6，以提高墻肢的承載力延性，高層結構中連梁是一個耗能構件連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時應注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免采用“一”字形墻肢；剪力墻底部加強部位的配筋應符合規范要求等。

結束語

總而言之，在高層建筑剪力墻結構的設計過程中，要根據剪力墻設計的標準進行，促進剪力墻的施工達到剪力墻設計的每一項規范需求，確保高層建筑剪力墻結構設計的可行性、經濟性，進而減少施工項目施工成本。

參考文獻：

[1]呂瑞孝，姜劍虹.高層建筑剪力墻結構設計需關注的要點[J].科技信息.2011（19）.