剪力墻結構在高層住宅建筑結構設計中的應用

王振宏

（誠杰建設集團有限公司 山西省長治市 046000）

引言

剪力墻結構設計直接影響到建筑整體安全和工程經濟性。因此，在實際工作中有必要對剪力墻結構受力、性能、特點、要求和不同構件間的相互作用進行深入了解，從實際入手對設計進行不斷改進和優化，實現預期設計目標，在保證結構安全性及各項性能的基礎上，降低工程造價，提高經濟效益。

1 剪力墻結構

1.1 剪力墻的概念

剪力墻是建筑中主要承受風荷載以及地震等原因引起的水平荷載的墻體。因而，剪力墻也被稱為抗風墻、抗震墻以及結構墻。剪力墻的功能是防治建筑遭受水平剪力的破壞，并能較好地保障房屋和建筑的堅固性，通常使用鋼筋混凝土用來制作。按照不同的施工方法，剪力墻也被分為了不同的眾多種類，例如混合結構剪力墻、框架結構剪力墻、框桶結構剪力墻等，由于其自身具有的抗側剛度大的特點，在國內的建筑行業得到了廣泛的應用。

剪力墻可以承受來自水平和豎直兩個方向的力，一方面是因為其使用鋼筋混凝土作為材料來制作；另一方面，在設計剪力墻結構的過程中，主要是以滿足剪力墻可以承受水平和豎直兩個方向的力的要求來進行設計，其結構含有豎向的鋼筋混凝土墻板，水平方向則具有鋼筋混凝土的大樓板。這樣的結構整體稱為剪力墻結構，因而具有較好的剛度和抗震性，這也讓剪力墻在建筑結構中常常被使用。

1.2 剪力墻的結構分類

剪力墻的分類主要依據墻體上的開洞和洞口尺寸的大小，并可以把墻體分為實體墻、多肢剪力墻、壁式框架剪力墻、小開口的剪力墻四種結構。其中實體墻不開洞，其他三種墻體都具有不同尺寸的開洞情況。分析如下：①實體墻。實體墻是墻面上不開洞的剪力墻的一種，這種剪力墻變形時常為曲形，墻體的彎矩圖中不會產生反彎和突變，結構相對穩定，不會出現異常情況，墻體的強度較大；②多肢剪力墻。多肢剪力墻需要在墻體上開洞，并且開洞的面積較大，也包含一種開洞為列狀的結構。這種剪力墻的墻體彎矩圖中不會發生任何異常情況，整體強度類似于小開口的剪力墻；③壁式框架剪力墻。壁式框架剪力墻在墻體上的開洞尺寸很大，此外，這種剪力墻的墻肢線上的剛度和剪力墻連梁線的剛度較為相近。壁式框架剪力墻的變形多為剪切型，受力特點類似于框架結構的剪力墻。

2 建筑結構設計中剪力墻結構受力分析

剪力墻結構設計有自己的設計原理及其原則。由于剪力墻通常比普通墻的厚度大且寬，所以它的特征比較像板，但是還是有一定的區別，剪力墻通過壓彎構件計算，板根據彎曲構件計算。因此有必要在結構設計分析中考慮到具體的設計差異。此外剪力墻墻肢長度，壁厚范圍都有自己的特點，當高度和墻段比厚度小于或等于4，應按框架柱的結構設計；當墻肢截面高度與厚度之比大于8時，使用一般剪力墻；當墻肢截面高度與厚度之比在4～8之間時，則要使用短肢剪力墻，這些也是剪力墻的結構設計的基本原則。剪力墻結構由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結構組成的梁板組成。在兩種負荷的主要：一是豎向荷載，豎向荷載主要是梁板傳來的活載、恒載、豎向地震作用及剪力墻身自重；其他主要是水平荷載，地震作用和水平風荷載。剪力墻內力和變形分析包括承載力極限狀態和正常使用極限狀態分析。在極限承載力狀態下，剪力墻在各種工況下不受破壞，能安全承受重力荷載。在正常使用極限狀態下，結構變形滿足規范要求，在滿足設計要求的基礎上結構經久耐用。框架結構的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形。

為了實現剪力墻的彎曲破壞的延性破壞模式。《高層建筑混凝土結構技術規程》中有規定，墻的長度最好不要超過8m。事實上，有兩個主要因素影響剪力墻的破壞模式是軸壓比和剪跨比，只要軸壓比小于規定的限值而剪跨比大于2，可以實現延性破壞模式。當剪力墻的長度超過8m時，盡可能在墻體中部開洞，形成一個雙墻肢，通過弱連梁連接，一般來說剪跨比也會大于2，可以滿足延性破壞的要求。在地震作用下，通過連接梁的能量，梁端首先進入塑性變形，形成塑性鉸，使梁成為抗震的第一道防線。

3 建筑剪力墻結構的設計

3.1 厚度設計

在設計剪力墻結構時，需嚴格依據我國有關規定，對于剪力墻的厚度選擇上需切實依據震級來進行，對于抗震等級是一、二級的建筑物，它的底部加強范圍的剪力墻厚度不應小于200mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/16，其余部位墻體厚度不能低于160mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/20。對于抗震等級是三、四級的建筑物，它的底部加強范圍的剪力墻厚度不應小于160mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/20，其余部位墻體厚度不能低于140mm。對于無端柱或者翼墻時，底部加強區的墻厚要求更為嚴格，一、二級不宜小于層高或無肢長度的1/12，三、四級不宜小于層高或無肢長度的1/16。除此之外，在對剪力墻厚度進行設計時，如果所遇到的狀況比較特殊，設計人員需采用有效的應對措施，增強概念設理念，結合墻肢軸壓比的狀況，同時保證便于施工現場鋼筋的綁扎及混凝土澆筑質量控制，對建筑結構的安全性能夠展開全面控制，進而增強建筑整體結構強度。

3.2 延性設計

剪力墻結構設計應重點從這幾個方面著手；首先，保證結構的墻體底部具有較好的延性及耗能能力，應控制結構在其底部一定高度范圍不出現屈服，對墻體底部加強區范圍的受剪承載力予以提高，加強其抗震構造措施，保證建筑物底部一定高度范圍具有較大的彈性變形能力，提高結構的整體抗倒塌能力。另外，在強震作用下，結構破壞的過程應當是連梁先屈服，然后才是墻肢底部出現塑性鉸，連梁設計同樣遵循強剪弱彎的原則，連梁作為耗能構件，必須保證其延性，避免在地震作用下，連梁發生剪切破壞。

3.3 結構參數

由于建筑物承載荷載力比較大，所以在對剪力墻設計時，需對各項參數展開全面考慮，以便對其進行有效控制，從而保證建筑物在荷載力在可控范圍內。在設計建筑物的結構參數時，務必要對建筑物的比例、位移等方面進行全面分析，進而展開設計，將建筑物的各項參數控制在有效范圍中，來確保建筑物不會因設計欠缺規范性而重心不穩。在設計建筑物的結構參數時，需對不規則的剪力墻展開科學設計，把其管控在規定范圍內。

4 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的運用形式

4.1 在墻體布置上的運用形式

在對建筑物的剪力墻結構進行設計時，墻體的合理布局十分重要，它是建筑整體結構設計的關鍵，很大程度上決定了建筑的安全性、可靠性及經濟性。其主要是依據主軸以及其他某一方向展開的雙向布置，但在對剪力墻進行實際布設中，需要確保設計者時刻保證剪力墻體的均衡性。另外，在對剪力墻結構進行設計時，尤其當建筑物的寬度與高度尺寸相對來講均比較大時，在承受彎矩、水平剪力以及豎向壓力時，能夠切實保障均衡性，使剪力墻避免出現個別墻肢因過大的截面吸收更多的地震力，承擔過大的剪力及彎矩，提高整個建筑物的抗震性能。

4.2 在計算上的運行形式

建筑結構設計中，計算為核心構成部分，同時也是設計剪力墻結構過程中運用的主要形式。所以，建筑結構中剪力墻結構的設計，設計者需切實依據相關計算工作，來對剪力墻的實際承受荷載力的能力進行判斷，從而確保剪力墻結構的整體質量。但大多數時候，設計者對剪力墻結構的計算都未結合建筑施工實際狀況，從而導致建筑的剪力墻結構計算結果與實際使用狀況不符。應對建筑物能夠承受的荷載力有一個全面了解，對于其他環節的設計提供有效的參照依據。

5 結束語

隨著中國經濟整體水平的不斷提高和的建筑結構設計的不斷發展和進步，剪力墻結構在建筑結構設計中的應用十分廣泛。剪力墻結構體系具有很好的承載能力、結構剛度和優良的抗震抗風性能，在高層建筑中的應用十分廣泛。

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