高层建筑剪力墙结构探讨

摘要：本文作者根据自己多年的工作经验，对高层建筑剪力墙结构相关问题进行探讨，并提出了自己的看法和意见，供同行参考。

关键词：高层建筑；剪力墙；结构

随着商品住宅建筑在我国城市建设中的发展，10层以上的高层住宅建筑大量采用剪力墙结构。相对于框架结构来说，剪力墙结构室内无柱及梁的棱角露出，更为美观，使用功能也更好，且增大了使用面积，故受到开发商和业主的广泛欢迎。

1 框架结构和剪力墙结构的特点比较

1.1 框架结构

由横梁和柱通过节点连接组成的结构体系是框架结构。框架结构的梁和柱，在施工和使用期间，既承受垂直方向的荷载，也承受水平方向的荷载；既有动荷载，也包括静荷载。在小高层住宅结构设计中，随着建筑层数的逐渐增多和建筑总高度的升高，横向水平侧力对结构构件的横截面尺寸和配筋量的影响就越显著，而且这种影响在框架结构建筑中尤其突出。框架结构中梁所受的内力，主要包括剪力和弯矩。柱的内力则主要包括轴力和弯矩，有时也受一定的剪力。由框架结构承重的结构体系，建筑平面布置相对灵活能构成相对较大的空间；立面设计时，采用轻质隔墙可大大减轻结构的自重，这些都是框架结构体系的优点。但是，通常情况下，框架柱尺寸相对过大而造成内凸的现象，也直接影响到户型的美观和空间的实际使用效率。

1.2 剪力墙结构

建筑的内、外墙体都是采用实体钢筋混凝土的结构体系称为剪力墙结构体系，其剪力墙承受建筑物全部的垂直荷载和水平荷载。因为剪力墙结构墙体都是由实体钢筋混凝土墙构成，楼面又是由刚性楼盖构成，所以剪力墙结构在其平面内有很大的抗侧刚度，属于刚性结构体系，能抵抗相对较大的水平侧力。在水平侧力作用下，剪力墙结构可看做是底部固接的竖向悬臂梁构件，由于墙肢受到的拉力或压力主要产生“弯曲型”变形。剪力墙结构体系把建筑划分成若干个单独空间，使得建筑的平面布置不够灵活，受到很大的限制，而且相对造价也较高，故仅应用于较高抗震烈度地区的住宅建筑。剪力墙结构的另一特点是可根据建筑平面的布局而设置钢筋混凝土墙体，户型的美观和空间的实际使用效率得到了改善。

2剪力墙结构的合理布置

2．1层数较少的高层住宅

20层以下的高层采用传统的现浇剪力墙结构，各墙肢轴压比的计算值往往较小，墙体配筋为构造配筋，墙体承载能力没有发挥出来，工程费用偏高。这时，若采用一种改进的现浇剪力墙结构，属于联肢剪力墙的短肢剪力墙结构(整体系数控制在3．5左右)，以上不足就可以得到解决。短肢剪力墙结构的具体做法是：利用位于建筑平面中部抗侧刚度很大的楼梯问、电梯间作为一个抵抗水平力的抗剪核心筒，这个核心筒有多片剪力墙组成，用以抵抗大部分由风荷载和地震作用引起的水平力。在7度区，20层以下的高层住宅采用短肢翦力墙结构，结构顶点位移、周期、底部剪力一般均可控制在合理范围内。

2．2框支翦力墙结构

底部大空间剪力墙结构是指全落地剪力墙和框架支承的剪力墙协同工作的结构体系。这种结构体系在底层为商店，上层为住宅，旅馆的建筑中经常被采用。但是这种体系的抗震性能不好，因为上层剪力墙结构抗侧刚度很大，而下层框架―剪力墙刚度较小；结构刚度沿竖向变化悬殊，有时达4~6倍，使得结构在水平力作用下容易产生应力集中和变形集中。下层的刚度应不小于上层刚度的70％。在框支剪力墙结构中，为了减小上下层的刚度比，不采用加大下层刚度的方法，而采取减小上部剪力墙体系的刚度即改用短肢剪力墙体系，经济效果就十分明显了。改进后保留的短肢墙的数虽主要取决于结构刚度的要求，要使结构的顶点位移和层间位移满足规范要求，并使底部剪力系数控制在合理的范围内。

2．3层数较多的高层住宅

在层数较多的高层建筑中，如采用短肢剪力墙体系，就使得结构较柔，结构顶点位移和层间位移就不一定能满足规范要求，底部剪力系数也偏低，结构趋于不安全。因此层数较多的高层住宅，最好采用整体性系数接近lO的联肢剪力墙。

3 在高层建筑中剪力墙结构设计注意事项

剪力墙的布置宜沿着主轴方向或其他方向双向布置；有抗震要求的剪力墙，应避免仅单向有墙的结构形式。墙肢截面简单、规则，侧向刚度不宜过大。高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多的时候应布置筒体(或一般剪力墙)形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时短肢剪力墙的抗震等级应比规定的剪力墙抗震等级提高以及采用；在抗震等级为一、二、三时不宜大于0.5、0.6、0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙其轴压比应降低0.10，短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。

剪力墙宜至下到上连续布置，避免刚度突变。

按三、四级抗震等级设计的剪力强戒面厚度底部加强部位不应小于层高和剪力墙无支长度的1／20，且不应小于160mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的l／25且不应小于160mm。

平面不规则而竖向规则的建筑结构应采用空间结构计算模型并应符合下列要求：（1)扭转不规则时应计及扭转影响且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层问位移平均值的1.5倍；（2）凹凸不规则或楼板局部不连续时应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时，应计及扭转影响。

抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻点层侧向刚度平均值的80％。当把地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

4 结束语

高层住宅建筑的结构设计，结构选型是摆在工程师面前的首要问题。剪力墙结构因其自身的特点而被广泛的应用于商品房和住宅建筑。