高層住宅剪力墻結構設計問題探討

徐斌斌

摘 要：城市化進程的飛速發展需要城市為人們提供更多的居住、工作的場所，高效利用有限的土地資源是城市發展必須要遵循的原則，而在城市建筑的建設工程中，住宅的建設占了大部分比例，發展高層住宅是必然趨勢。相較于磚混結構的多層住宅，高層住宅多為鋼筋混凝土結構，其取材容易，造價易控，地基扎實，質量可靠，在結構型式上常用框架結構、剪力墻結構、框剪結構、筒體結構，其中剪力墻結構的整體性能良好，側向剛度大，抗震能力強，在高層住宅的結構設計中應用十分廣泛。文章試從高層住宅建筑的結構特點入手，分析剪力墻在高層住宅中應用的價值和優點，再次闡述剪力墻的形式與種類，分析高層住宅建筑剪力墻設計的要點，以期能夠提供有價值的參考。

關鍵詞：高層住宅；剪力墻；結構設計

1 高層住宅結構與受力特點

1.1 高層住宅結構特點

我國《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）中規定：10 層及10 層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高層民用建筑為高層建筑。在我國的高層建筑中，絕大部分為高層住宅，根據功能的不同會開發建設居住住宅、商住兩用住宅等多種形式，住宅結構體系也各不相同，根據建筑不同的使用功能和設計情況發揮著自身的優勢。

隨著高層住宅建設的日趨成熟，對于住宅的高度采取了一定的限制措施，不是越高越好沒有上限，住宅在設計時就要考慮到層高的因素，空間設計要合理，不能給人以壓抑的感覺，采光、通風的基本要求也要滿足，建筑的穩固性、實用性、舒適性缺一不可，在結構形式的選取上就要綜合多方因素進行考量，保證住宅建筑具有良好的抗震性能和實現經濟效益。

1.2 高層結構受力特點

我們都知道建筑結構不僅僅要承擔自身的重量和風荷載，還必須要能抵抗地震的破壞。因此在高層建筑的設計時主要依據是建筑的高度，豎向荷載起控制作用。但是隨著樓層高度的不斷增加，建筑水平荷載的控制力逐漸大于豎向荷載，豎向荷載所引起的軸向壓力的大小與結構高度成線性比例，但是因水平荷載而引起的軸向壓力與高度的次方成正比，因此水平荷載才是起決定性作用的因素；水平荷載作用時結構側移沿建筑高度方向迅速增大，因此建筑結構必須有可靠的抗側力體系來抵抗側移變形；樓層越高，結構自上而下承受的豎向荷載壓力越大，要注意豎向結構的軸向變形；高層建筑結構不僅要具有一定的剛性，還要具有一定的延性，使建筑結構具有較好的塑性變形能力，能夠耗散更多的地震能量，提高抗震性能。

2 剪力墻結構概述

2.1 剪力墻結構的概念和形式

剪力墻結構是由鋼筋混凝土墻板構成的，代替框架結構中梁柱作用的空間結構體系，能夠承擔豎向荷載和水平荷載作用力的一種結構形式。根據剪力墻是否有開洞，以及開洞的大小、位置、形狀因素的不同，都會使剪力墻的受力特點和變形發生改變，以剪力墻開洞情況的不同，可以將剪力墻分為以下四類：整體剪力墻、整體小開洞剪力墻、聯肢墻剪力墻、壁式框架。

2.2 剪力墻結構的優缺點

剪力墻的空間性好、經濟性強、結構整體性好，側向剛度大，水平作用力下位移小，用鋼量也很節省。城市高層住宅現代設計的室內空間區域劃分較多，功能明確，分隔墻比較多，居室空間和客房大多設計為小間，采用現澆剪力墻結構可以將承重墻和分隔墻合二為一，對于建筑整體建設來說具有較高的經濟效益；另外采用現澆剪力墻結構可以做到房間內不露柱、梁，極大的節省了室內可用空間，提高了室內的美觀和整體效果，結構簡潔便于布置；剪力墻結構承受豎向、水平荷載作用力的能力比框架結構更高，因此建筑可以實現更高、更多層的建設。

當然剪力墻結構不是萬能的，其也存在一定的缺點：由于剪力墻結構中的混凝土墻體較多，無形中增加了建筑的重量，并且剪力墻結構抗側剛度大，也會帶來較大的地震效應；剪力墻結構中的構造配筋使得配筋率較低，結構的延展性也會下降；剪力墻中大部分的墻肢軸壓比較低而致使其承載能力不能充分發揮。因此在剪力墻的設計中既要充分發揮它的抗側能力強的優點，同時也要注意結構剛度的設計，不能盲目加強而忽略了結構的經濟性，在結構設計時充分考慮各方因素，做到既經濟又實用。

3 高層住宅剪力墻設計要點

作為高層住宅建筑的豎向承重構件，剪力墻的布置應當均勻、對稱，以減少墻肢間的軸向壓力差異，避免受力不均而致使的基礎不均勻沉降；剪力墻的布置還應分散、周邊，可以把不同區域方向的剪力墻聯結起來，但是聯結要拉直和對齊；剪力墻應當從下到上進行布置，以避免剛度突變；剪力墻還要具有一定的抗扭轉剛度，可以加強周邊剪力墻和外圈梁來調整”三心”，盡量做到”三心”重合。

對于剪力墻的長度要進行科學合理的控制，減少短肢墻和超長墻。短肢剪力墻的延性較差但是構造要求卻高，用鋼量就會增大，經濟性下降，在設計時應盡量避免出現；而超長墻相對來說剛度過大，當地震發生時會承受比其他剪力墻更加強烈的作用力的破壞，首先出現結構整體損壞的短板，進而導致整個結構的崩塌，因此超長墻也不可取。如果出現了剪力墻長度過長的現象，可以通過開洞口的方式將墻體分段，依據均勻設置的原則進行劃分，在形式上屬于聯肢墻。

在剪力墻的選型上要注意優先布置L、T型的剪力墻，盡量避免使用一字墻，一字墻的面外穩定性相對較差，并且高層住宅的剪力墻厚度通常受限較大，如果結構底部的墻肢軸壓比較大，在地震時更加容易失穩而使結構遭到破壞，L、T型剪力墻穩定性更好，在做結構設計時應當優先選用。

剪力墻的洞口分布應當以成列的形式，上下對齊，避免出現洞口不均勻排列的現象，規則分布可以保證剪力墻的受力均勻，整體抗壓能力穩定，結構安全性更高。另外在剪力墻厚度的設計上，要保證墻體厚度沿結構高度均勻變化，并且不可隨意減少結構上部剪力墻的數量，避免造成結構上下剛度突變，給抗震效果帶來不利影響。

參考文獻：

[1] 馮中偉，劉宜豐.高層剪力墻住宅結構優化設計[J].建筑結構， 2010，40.

[2] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計優化與合理構造[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.