高层剪力墙结构的设计探讨

摘要：本文结合笔者多年从事建筑结构设计工作的相关经验，对高层建筑剪力墙结构的特点进行了简单的概述，另外对建筑结构设计人员在进行高层剪力墙结构设计中应注意的问题及存在的问题进行简要的总结及分析。

关键词：高层；建筑；剪力墙；结构

Abstract: the author discusses many years for the design of the building structure of work related experience, of a high-rise building shear wall structure characteristics of a simple overview of, in addition to building structural design personnel in high-rise shear wall structure design to be noticed and the existing problem of brief summaries of and analysis.

Keywords: top; Architecture; Shear wall; structure

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

引言：随着我国土地资源的紧缩及城市建设发展的需要，高层建筑越来越多的出现在我们生活的周围。而在高层建筑中，剪力墙结构由于具有较好的抗震性能且结构布置灵活、造价低、经济性好等优点而被大量使用。剪力墙结构刚度大,整体性好,用钢量较省,相对来说比较经济。在剪力墙结构设计中，最重要的是剪力墙的合理布置，合理的剪力墙结构布置方案，是高层建筑安全性和经济性的保证。因此在高层剪力墙结构设计中，我们每一个设计者都应该根据高层剪力墙结构的特点，考虑多方面因素，确定出合理的结构布置方案，只有这样，我们才能把握好每个细节，做出安全合理的建筑结构。

1、 高层建筑剪力墙结构的特点

1.1竖向荷载大。高层剪力墙结构由于高度高，且相对于砌体材料而言钢筋混凝土本身的自重大而使其具有较大的竖向荷载。因竖向荷载大，剪力墙轴压比往往较大，故在设计中需特别注意控制轴压比，减少剪力墙的轴向变形。

1.2水平荷载大。高层建筑受力除其竖向荷载大的特点外，最重要的就是水平荷载大。高层建筑的水平荷载主要来自风荷载及地震荷载，风荷载随着建筑高度的增加而持续加大，地震荷载也会因为结构自重的增加而加大。因水平荷载产生的倾覆力矩是与楼房高度的两次方成正比，水平荷载下结构的侧移变形也会随着楼层高度的增加面迅速加大。而剪力墙结构体系最大的优点就是侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小。

1.3有较好的延性。高层建筑中结构延性设计是必须要注意的问题，与较低楼房相比，高层建筑结构在地震作用下的变形更大一些。为了能让结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，防止建筑倒塌，必须采取一定的构造措施，以保证结构具有足够的延性。现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，抗侧力刚度大，承载力大，在水平力作用下侧移小，经过合理设计，能设计成抗震性能好的钢筋混凝土延性剪力墙。由于这种结构形式侧向变形小，承载力大，且有一定的延性，在历次大地震中，剪力墙结构破坏较少，表现出令人满意的抗震性能（但仅就延性而言，剪力墙不如框架结构）。

另外，高层建筑剪力墙结构中，剪力墙间距一般较小，平面布置不够灵活。同时，由于剪力墙与楼板组成受力体系，建筑室内空间比梁柱结构简洁和宽敞。因此它在商场等公共建筑中应用较少，而在住宅、公寓、饭店等建筑中应用广泛。

2. 剪力墙结构设计要点

2.1剪力墙结构的合理布置

（1）均匀性。在剪力墙结构中，剪力墙布置应均匀、合理，宜沿主轴方向双向布置。特别是在抗震设计的剪力墙结构中，应避免单向布置剪力墙，宜使两个方向抗侧刚度相近，

且剪力墙间间距及长度也应尽量均匀。除平面均匀外，剪力墙厚度也应沿高度均匀变化，应尽量在结构底部设置较厚剪力墙，厚度可以随着高度的增加而均匀变化。剪力墙应连续布置，防止刚度突变，需特别注意的是不要在下部设置较厚的剪力墙而在某一高度剪力墙突然取消，造成因结构平面布置改变而形成内力需要重新分布的局面。

(2)连续性。剪力墙在两个方向通过连梁连接应尽量保证其连续性，避免主梁一端与剪力墙连接而另一端与连梁或框架梁连接形成半框架墙肢，或者墙肢只有一个方向有连梁拉结而另一个方向无拉结，减少了结构的整体性。

（3）周边强，中间弱。在高层建筑中，建筑平面布置时总是不能如结构工程师所想那么规则。不规则结构在计算时特别是地震作用下主体结构的抗扭刚度、周期比、位移比总是很难控制。这时增加结构周边剪力墙，减少结构中部的剪力墙往往能取到很好的效果。

（4）注重截面形式的选择。在剪力墙结构布置上，应考虑剪力墙转折及小墙垛布置对边缘构件的影响，尽量选择带翼缘的L形、T型等墙肢，避免使用“一”字形墙肢，同时应控制墙肢的轴压比，增大纵向钢筋和箍筋的配筋率，提高墙肢的抗震性能。

（5）在进行剪力墙结构布置时，应尽量避免楼板主梁与剪力墙垂直相交。剪力墙平面外刚度及承载力较小，主梁平面外搁置在剪力墙上，梁端弯矩将使剪力墙平面外产生较大弯矩，影响剪力墙平面外的安全。且搁置在剪力墙上的主梁钢筋很难满足锚固要求，需采取其它措施满足锚固要求。

2.2剪力墙长度和厚度的选择

为了使剪力墙结构具有足够的延性,剪力墙墙肢长度一般不宜大于8米，这是因为细高的剪力墙(高宽比大于2)具有很好的延性,可以防止脆性的剪切破坏。当墙长大于8米时，一般可采取在墙体中部设置结构洞的形式将墙体分成两个墙肢，洞口上部设置弱连梁。

《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条规定了剪力墙的最小厚度，以保证剪力墙的刚度和稳定性能。高层建筑剪力墙厚度在底部位置应适当加大，以保证剪力墙平面外有足够的刚度，防止结构在偏心荷载下产生屈曲失稳。

2.3剪力墙结构中连梁的设计

剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在风荷载、地震作用等水平荷载作用下，剪力墙间线刚度相对较弱的连梁首先进入耗能状态，连梁的耗能程度往往会影响剪力墙的破坏形态。因此在设计剪力墙结构时，应重视连梁的设计，以减少剪力墙的破坏几率。特别是在高烈度地区，应根据连梁的不同作用选择不同的刚度折减系数。

2.4底部加强区范围确定。

剪力墙的底部加强部位是指在剪力墙底部的一定高度内，适当提高承载力和加强抗震构造措施。弯曲型和弯剪型结构的剪力墙，塑性铰一般出现在墙肢底部。将塑性铰及其以上的一定高度范围作为加强部位，在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等加强措施，避免墙肢剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中都有规定，底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起，高度取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值，当结构计算嵌固端位于地下一层底板及以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。而在《建筑抗震设计规范》中条文解释有提及有裙房时，主楼与裙房顶对应的相邻上下层需要加强，此时加强部位的高度也可以延伸至裙房以上一层。因此根据相关规范及条文说明，对于我们现今常见的带大底盘及裙房的高层建筑，底部加强区的范围除满足计算高度外，一般均应从嵌固端算至裙房上一层。如果嵌固层在地下室顶板时，而地下室顶板往往会有一些楼梯井及采光井，影响了结构顶板的局部刚度，因此为加强结构延续性，笔者建议地下一层也应作为底部加强区。

2.5边缘构件设置

《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定，一、二级抗震剪力墙底部加强部位及相邻的上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件；一、二级抗震设计剪力墙的其他部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部均应设置构造边缘构件。《建筑抗震设计规范》同时规定墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比小于一定值时，可设置构造边缘构件。可见边缘构件设置主要与底部加强部位及抗震等级有关。而规范中关于抗震等级的规定，裙房与主楼相连，裙房相关范围不应低于主楼的抗震等级。地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层以下抗震构造措施等级可逐级降低一级。参见上一小节底部加强区范围确定内容，我们可以得出，一般情况下，约束边缘构件的设置范围可按底部加强部位上延一层确定。

结语：随着社会的发展，经济水平的提高，高层建筑将如雨后春笋般出现，剪力墙结构因其抗侧刚度大，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能，因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。所以，掌握好剪力墙结构受力特点，把握好剪力墙结构设计的基本原则，建筑的结构设计就会更加安全、实用、可靠、经济。

参考文献：

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