淺談剪力墻結構設計在建筑中的應用

李紅玲

【摘要】在高層建筑中，剪力墻結構設計對建筑工程造成一定的影響，剪力墻結構設計在實際建筑結構中的應用。

【關鍵字】高層；剪力墻；結構設計

前 言：本文對高層建筑剪力墻的結構體系、高層建筑剪力墻結構厚度與配筋問題及高層建筑剪力墻結構超長問題三個方面進行探討，希望能夠合理的解決高層剪力墻結構設計中的一些問題。

1 高層建筑剪力墻布置

1.1 高層建筑剪力墻布置原則

高層建筑剪力墻的布置是沿著兩個主軸方向或其他方向進行雙向布置，在同一平面內剪力墻的布置要保持均衡。高層建筑剪力墻的高與寬通常尺寸都比較大，厚度又較薄，在墻體受力方面受到水平剪力、彎矩、豎向壓力。

1.2 剪力墻結構體系

剪力墻結構實際上是把框架結構的承重柱和柱間的填充墻合二為一，使其成為一個寬而薄的矩形截面墻。剪力墻承受樓板傳來的垂直荷重和彎矩，還承受風力或地震作用產生的水平力。剪力墻在抗震結構中也稱抗震墻，它的剛度和強度都比較高，有一定的延性，結構傳力直接均勻，整體性好，抗震性能也較強，是一個多功能高強結構體系。因此，在15層以上的高層建筑中采用它是經濟的，在非抗震區建筑物高度可達到150m左右。

剪力墻結構體系的平面布置可以分為三種基本類型：1）橫墻承重體系，由垂直于房屋長度方向的剪力墻組成；2）縱墻承重體系，由平行于房屋長度方向的剪力墻組成；3）縱橫墻承重體系，由兩個方向剪力墻組成；不管采用哪一種類型，設計時都是使剪力墻平面布置得盡可能簡單、規整、對稱和質量均勻，使得結構的質量中心與剛度中心盡量相重合，這對提高房屋的抗震性能是有利的，但往往一個建筑物是滿足多方面的使用要求，因此要做到對稱、均勻等是有一定難度的，因此房屋產生一點扭轉也是不可避免的。

剪力墻結構體系在豎向布置方面盡可能使各層樓面的剛度中心和各層水平荷重的合力的作用線基本上一致，以減小房屋沿豎向產生整體扭轉。其次，剪力墻沿高度方向的剛度可以變化，但盡可能不產生突變。因此剪力墻沿高度有剛度突變，在地震作用時往往會引起很大的震害，此外，在豎向布置時，還應盡量可能使房屋的重心下移，這對高層建筑尤為重要。

1.3 剪力墻結構類別

整體墻包括山墻、魚骨式結構片墻、小開洞墻； 聯肢墻是由梁連接的剪力墻。高層建筑的剪力墻結構體系如圖 1 所示。

圖 1 高層建筑的剪力墻結構體系

將建筑的墻體作為豎向承重和抗側力結構體系的被叫做剪力墻結構，在剪力墻上可以進行開洞設計，當洞口越大時，越接近剪力墻的框架。

剪力墻結構的優點與缺點分別是：

1） 剪力墻結構優點：剪力墻的承載能力較強，側向的剛度大、變形小，剪力墻墻面平整適用于單層高度較小的建筑，例如：住宅、賓館等。

2） 剪力墻結構缺點：剪力墻結構自身重量較大，高層建筑平面布置的局限性有限，難以獲得更大的建筑空間。

1.4 剪力墻結構設計計算

剪力墻結構設計計算是對剪力墻的正截面承載力和剪力墻斜截面受剪力進行驗算。驗算時需要對剪力墻的整體結構進行分析，根據剪力墻水平受力與豎向受力求得剪力墻的內力。剪力墻結構計算的原則是：

1） 要與施工圖一致； 2） 剪力墻荷載取值準確； 3） 地下室作為指定層數； 4） 整體計算參數與內力配筋調整參數應與整體分析程序相對應； 5） 地下室人防、樓梯、地下室側壁、頂板、水池壁板、擋土墻、車道板、雨篷等抗扭構件，異型板、立面小構件等的補充計算，盡可能采用其他結構軟件的計算工具計算，無相關工具的采用手算。

1.5 剪力墻結構設計規范

高層建筑剪力墻的墻體厚度規定大于160 mm，底部加強厚度大于200 mm。采用豎向鋼筋進行墻體邊緣配筋，確定剪力墻的穩定性，橫向配筋提高剪力墻的抗震能力。

2 剪力墻結構的有關規定

1） 現澆鋼筋混凝土剪力墻結構的最大高度及抗震等級如表 1所示。

a. 墻肢截面高度與厚度之比為 5 ～ 8的剪力墻稱為短肢剪力墻，括號內數字用于短肢剪力墻較多的剪力墻結構；

表 1 現澆鋼筋混凝土剪力墻結構的最大高度及抗震等級

b. 建筑場地為Ⅰ類時，除 6 度外可按表內降低 1 度所對應的抗震等級采取抗震構造措施，但相應的計算要求不應降低；

c. 接近或等于高度分界時，應允許結合房屋不規則程度及場地，地基條件適當確定抗震等級。

2） 剪力墻軸壓比限值。

一級 ～ 三級抗震等級剪力墻底部加強部位墻肢最大軸壓比限值：軸壓比=。

其中，N 為墻肢重力荷載代表值作用下的軸壓力設計值（ 不與地震作用組合） ； A 為墻肢的全截面面積； fc為混凝土軸心抗壓強度設計值； hw為墻肢截面的高度； bw為墻肢截面的寬度。

3 高層建筑剪力墻結構厚度確定與配筋處理

1） 高層建筑混凝土結構技術規程規定高層建筑剪力墻的結構厚度，剪力墻抗震等級為1、2 級時，要求剪力墻底部加強部位不應小于200 mm ，并且要求墻底加強部分厚度大于樓層高度的 1 /16。剪力墻厚度確定：根據軸壓比限值估算剪力墻厚度，設軸壓比 r，墻肢承載樓面荷載面積 Aq，估算厚度為：。

其中，Q 為單位面積層荷載重量標準值，Q = 13.0 + 7（ n -15） /20，n 為樓層層數。

剪力墻墻肢穩定要求滿足下面的方程式：

其中，q 為墻頂組合的等效豎向均布荷載值；Ec為剪力墻混凝土彈性模量；t 為剪力墻墻肢截面厚度； t0為剪力墻墻肢計算長度。

2） 高層建筑剪力墻墻體配筋率規定應在 0. 25% 以上，部分框支剪力墻結構中，剪力墻底部加強部分的配筋率規定在 0. 3%以上。

4 高層建筑大面超長剪力墻結構處理

這是因為：1） 剪力墻結構超長，當剪力墻受溫度變化較大時，混凝土剪力墻收縮、剪力墻容易發生變形，當剪力墻結構發生收縮變形時容易造成墻體結構出現裂縫。2） 高層建筑的剪力墻體型龐大，受到結構變形和裂縫的因素也很多，如果遇到剪力墻結構超長情況時，需要設置溫度伸縮縫才能夠降低墻體大面積變形和開裂的現象發生。3） 隨著高層建筑使用的混凝土收縮量不斷加大（ 由原有的 300 με 增加到 400 με 以上） ，剪力墻結構超長導致產生裂縫的因素也增多。4） 高層建筑泵送混凝土時，增加了水泥的用量，從而導致剪力墻結構的收縮量加大，這也加劇了產生裂縫的必然性。

5 結語

目前在高層建筑中剪力墻結構設計呈多樣化的趨勢，掌握合理的、安全的設計方法是需要我們靈活運用概念設計再結合實際需要把握剪力墻結構設計的整體設計效果，做到既體現設計的經濟性又保證了設計的安全性。

參考文獻：

[1] 胡昌哲. 剪力墻結構設計的幾個問題[J]. 黑龍江科技信息，2010（ 9） ：5-6.

[2] 李新杰. 淺談剪力墻結構設計[J]. 中國科技博覽，2011（ 19） ：19-21.