高层建筑剪力墙结构设计探究

摘要：随着建筑房地产业的发展，高层建筑施工和管理技术不断进步，剪力墙结构凭借其抗震性能好、造价低廉等优势，被广泛应用于高层建筑设计中，下文笔者结合多年工作经验，首先对剪力墙结构进行概述，再分析剪力墙结构设计的基本原则，最后就如何进行高层建筑剪力墙结构设计进行探究，以供参考。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；结构设计

中图分类号：TU97文献标识码：A

1.剪力墙结构概述

1.1剪力墙的概念和结构效能

建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时，这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载，同时承担风力或地震作用传来的水平地震作用。剪力墙即由此而得名(抗震规范定名为抗震墙)。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。

剪力墙结构体系，有很好的承载能力，而且有很好的整体性和空间作用，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此，可建造较高的建筑物。

剪力墙结构的优点是侧向刚度大，在水平荷载作用下侧移小，其缺点是剪力墙的间距有一定限制，建筑平面布置不灵活，不适合要求大空间的公共建筑，另外结构自重也较大，灵活性就差。一般适用住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比较好，可节约层高。

1.2普通剪力墙结构的结构布置

1.2.1平面布置

剪力墙结构中全部竖向荷载和水平力都由钢筋混凝土墙承受，所以剪力墙应沿平面主要轴线方向布置。（1）矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；（2）三角形及Y形平面可沿三个方向布置（3）正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。

单片剪力墙的长度不宜过大：（1）长度很大的剪力墙，刚度很大将使结构的周期过短，地震力太大不经济；（2）剪力墙以处于受弯工作状态时，才能有足够的延性，故剪力墙应当是高细的，如果剪力墙太长时，将形成低宽剪力墙，就会由受剪破坏，剪力墙呈脆性，不利于抗震。故同一轴线上的连续剪力墙过长时，应用楼板或小连梁分成若干个墙段，每个墙段的高宽比应不小于2。

1.2.2每个墙段可以是单片墙，小开口墙或联肢墙

每个墙肢的宽度不宜大于8.0m，以保证墙肢是由受弯承载力控制，和充分发挥竖向分布筋的作用。内力计算时，墙段之间的楼板或弱连梁不考虑其作用，每个墙段作为一片独立剪力墙计算。

2.剪力墙结构设计的基本原则

2.1调整楼层最小剪力系数方面的原则

设计中剪力墙结构的布置要尽量减小，大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案，侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小，但不能超出规范的极限范围，短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4，这样既可以减轻结构自重，同时降低了地震带来的危害又可以节约用费。

2.2调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候，如果楼层地区地震比较频繁，所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形，应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。高层建筑重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构建的数量决定着，在建设施工中，有足够多数量的构件还是远远不够的，更要考虑构建的布局是否合理，如果不合理，就会产生过大的扭转变形，楼层间的位移就达不到要求。因此，对于高层建筑而言，不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度，而应该尽量减小扭转变形。

2.3调整剪力墙结构连续超限方面的原则

剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩出现及剪力过大，超过规范限度，跨高比一般大于或等于2.5。规范规定，在跨高比小于5的时候，连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择，可以很好地避免弯矩及剪力过量，可保持在规定范围内。在结构设计时，如果可以有效合理的用上这些，可以大大降低工程成本。

剪力墙结构不只应该符合相关规定，在设计时要考虑多方面的因素，建筑物的平面、立面应尽量均匀，剪力墙结构应尽量远离房屋中心，以保证房屋整体的抗扭。

3.高层建筑剪力墙结构设计与优化

3.1符合建筑的高度要求

随着楼层数量和高度的不断增加，会增加剪力墙结构的震害，因此需要对剪力墙结构的建筑物的高度有明确的限值，这就需要在进行剪力墙结构设计时，按照一定的规范对建筑的高度进行确定。建筑的高度是指从室外地面到檐口或者是层面板板面的高度，就半地下室结构的建筑而言，计算高度需要从室内地面算起，而对于全地下室建筑进行高度计算时，需要从室外地面算起。

3.2设计过滤层

在剪力墙结构设计中，可能会遇到过滤层或者是转换层，这对剪力墙体的抗倾覆力矩和抗剪切力都有很高的要求，同时由于过滤层和转换层受到垂直的负荷的影响，会处于较大的拉剪或者是压剪的应力状态，一旦来自横向的负荷过重，就会对过滤层和转换层的剪力墙体造成很大的冲击，导致其抗裂性能大大的降低。在日常的剪力墙设计研究中，受到横向和竖向两个方面的负荷的影响，过滤层和转换层的剪力墙的承载能力大幅下降。而如果按验算一般墙体横向承载力的方法，当其托梁的高跨比或者者垂直荷载较小时，就将会过高地估计过渡层或者转换层剪力墙的抗震承载力，从而降低结构抗震的安全可靠性。因此过渡层或者转换层应在每开间设置圈梁以及构造柱，以形成类框架体系，从而增强过渡层或者转换层传递地震剪切力的能力，并大大增加其展延性以及耗能能力。

3.3合理设计连梁

连梁在墙体的结构中发挥着重要的作用，但是剪力墙的连梁作为一种基本的建筑结构构件，具有较高的能耗，因此其剪切破坏会对抗震造成不利的影响，同时降低了结构的延性。这就需要对连梁进行合理的设计，并在设计的过程中，要进行连梁的强剪弱弯验算，这样就可以促使连梁的剪切破坏在弯曲破坏之后。因此在进行连梁设计时，不可人为的加大连梁的纵筋，避免难以符合强剪弱弯的规定，因为加大箍筋并不能够满足规定的要求，这是因为在如果连梁难以满足截面控制的条件，只是通过加大箍筋的行为就会阻碍连梁作用的发挥，同时还会发生剪切破坏，在进行对剪力设计值的计算时，要乘以增大系数，进而实现对连梁的合理设计。

3.4长墙肢的设计

在对剪力墙结构设计时，要合理的确定墙体的长度，剪力墙的长度必须控制在一定的范围内，不宜过长，因为如果长度过大，一般要将长度较大的剪力墙设置在跨度较大的连梁之上，确保高层建筑的剪力墙结构的延性，特别是对于形状呈高细型的剪力墙，可以具备较高的延性和弯曲破坏的属性，这样可以避免发生脆性剪切破坏。如果墙肢长度过长，为了符合建筑设计的规范性要求，需要采用开洞的方式，在连梁的作用下，将长墙分为均匀的若干段；如果墙肢的长度过短，产生的裂缝的宽度就比较小，因此可以充分发挥墙体配筋的作用。因此在发生地震尤其是超烈度的强震时，这些长墙肢就是最容易遭到破坏的，而短墙肢则会因没有足够多的配筋，从而使整体结构遭到全面的破坏。为了避免这种不利的现象发生，应尽量避免单片剪力墙墙段长度大于8m。

4.结语

随着城市高层建筑面积的增多，剪力墙结构已经成为高层住宅采用最为广泛的一种结构形式，在满足规范各指标的前提条件下，如何做到结构安全、可靠、经济、合理，就成为我们每一个建筑结构工程师必需考虑的问题，因此，我们需要投入更多的精力与时间做好剪力墙结构的设计工作。

参考文献：

[1]张月猛,浅析剪力墙连梁在高层建筑中的设计方法[J],民营科技,2010(05).

[2]刘准,高层建筑剪力墙中连梁设计及配筋计算之我见[J],黑龙江科技信息,2008(10).