高层剪力墙结构的设计要点分析与探讨

摘要：我国经济的快速发展带来了建筑业的兴起和建筑技术的提高，建筑正在向高层方向发展。高层建筑已经成为大中城市建筑发展的导向和衡量城市发展水平的重要标志。剪力墙结构因其抗侧度大、侧移小、抗震性能好等特点被广泛用于高层建筑中，但在剪力墙结构设计中存在各种各样的问题，剪力墙的布置、形状、截面尺寸等是否合理，规范中也没有具体明确。因此本文通过分析当前高层剪力墙结构设计中存在的问题，对设计要点和应该注意的事项进行了详细的分析研究，提出了设计要点的控制措施，对提高高层建筑的安全性、经济性有很大帮助。

关键词：高层建筑，剪力墙，结构设计，控制

1 引言

随着我国国民经济的快速发展和建筑技术的提高，建筑向高层方向发展不仅解决了城市人口拥挤带来的居住、工作、环境问题，还缓解目前紧张的城市用地压力，发展高层建筑是经济社会发展的必然趋势，高层建筑已经成为大中城市建筑发展的导向和衡量城市发展水平的重要标志。剪力墙结构优势特点明显，抗侧度大、侧移小、抗震性能好，因此被广泛用于高层建筑中，伴随着建筑高度的增加，剪力墙的布置、形状、截面尺寸等是否合理，规范中也没有具体明确，经验成为设计人员的主要依据，因此在剪力墙结构设计中存在各种各样的问题，例如设计过于保守、不合理，会造成材料浪费、安全性能不达标等现象。本文通过分析当前高层剪力墙结构设计中存在的问题，对设计要点和应该注意的事项进行了详细的分析研究，提出了设计要点的控制措施，对提高高层建筑的安全性、经济性有很大帮助。

2 高层剪力墙结构的特点分析

高层建筑结构设计本身的注意要点就是水平荷载、轴向变形、结构侧移和结构的延性，而剪力墙结构自身的特点和优势所在主要在以下几个方面：

（1）剪力墙结构体系能够很好的承受水平荷载和竖向荷载，使得其抗侧能力和承载能力较强。（2）剪力墙结构侧向刚度大，受水平荷载作用时，水平位移较小。（3）剪力墙结构体系占用空间小，使得建筑的空间利用率高。（4）剪力墙结构自重大，耗能能力强，因此抗震性能好。另外，剪力墙施工难度大、造价高也是其特点之一。

3 高层剪力墙结构设计要点分析控制

3.1 合理布置剪力墙结构

高层建筑中剪力墙结构的布置必须均匀合理，应遵循以下几点要求：

（1）在剪力墙结构中，剪力墙布置应均匀、合理。布置方式应沿主轴方向进行x、y双向布置，同时应注意两个方向的剪力墙刚重比应接近，即抗侧刚度相近，同时避免单向布置一字型剪力墙，尤其是在抗震设计的剪力墙结构中，如果出现一字型剪力墙，那么应尽可能布置成长墙，即满足高厚比h/w>8的条件；

（2）剪力墙结构布置中，墙肢的布置应选择带翼缘的L形、T型等，对轴压比的控制应严格要求，为提高墙肢的抗震性能，提高配筋率是一种很好的方法，纵向钢筋和箍筋都能够提高墙肢的抗震性，大多数工程中都在使用L形和T型墙肢；

（3）在进行剪力墙结构布置时，应避免楼板主梁平面外搁置在剪力墙上。如果无法避免此现象的发生，应在剪力墙的相应部位设置暗柱，暗柱的配筋与否取决于梁高和墙厚的比值，当梁高大于墙厚的2.5倍时，应进行暗柱配筋。由于转角处易发生应力集中，墙肢应布置长，适当的条件下两个方向都布置成长墙；

（4）对剪力墙墙肢的自身要求是截面简单、规则均匀，竖向刚度应从上到下保持均匀无变化。为防止刚度突变现象的发生，剪力墙适宜连续布置，另外剪力墙上进行开孔、凿槽时应对称、上下对齐、规则布置。

3.2 剪力墙结构的长度和厚度控制

相关设计规范中规定剪力墙的长度不大于8m，也是为了满足剪力墙具有足够的延性要求。原因如下：首先，剪力墙的长度决定了其刚度大小，刚度越大，剪力墙结构的周期越短，使得地震力太大，不经济；其次，当剪力墙受弯、细高的剪力墙才具有很好的延性，可以防止因剪力墙太长而受到脆性的剪切破坏，不利于结构的抗震。

另外，当剪力墙的长度在8m以上时，即同一轴线上的长度在8m以上，为了满足延性要求，应分成若干墙段，可以通过开洞的方式分成短且均匀的联肢墙，每段的高宽比不小于2，开洞的洞口处，宜采用弱连梁，以使得每段可以当做独立的剪力墙墙段。

为保证剪力墙的刚度满足荷载要求，在《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定了剪力墙的最小厚度，使剪力墙的稳定性得到最低限度的保障。高厚比小于8的短肢墙，上述规程中规定其抗震性应提高一级。例如，填充墙厚度为200mm，剪力墙为满足要求也应该取200mm，防治在受到偏心荷载时受力不均而失稳。

3.3 剪力墙结构中连梁的设计

连梁是指剪力墙结构中连接墙肢之间的梁，剪力墙在设计中要求在受到风荷载、正常使用荷载作用下，保证避免发生剪切破坏，在墙肢和连梁的角度来讲就是设计应满足强剪弱弯的要求，连梁的屈服极限要低于墙肢的屈服极限，即满足强墙弱梁的原则，从整体上提高剪力墙的延性。

连梁的超筋是不可避免的，可以对连梁的刚度进行折减，降低梁高，增加梁的长度。还可以提高混凝土的强度等级来提高连梁的抗剪强度。

3.4 剪力墙底部约束边缘构件设置

约束边缘构件应该设置在一二级的抗震剪力墙加强部位和其上一层的墙肢端部，相关的试验已经证明边缘构件的设置不仅能够提高其承载力，还能增加墙体的耗能，提升墙体稳定性。相关规范、规程中已经做了相应的要求，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。设置边缘约束构件能够提高剪力墙的延性和耗能能力，因此，在《建筑抗震设计规范》中规定，对于二级抗震的剪力墙，重力荷载代表值作用下的轴压比小于0.3时，可设置构造边缘构件。

3.5 剪力墙配筋控制

相关规范规定在剪力墙结构中，竖向和水平的最小配筋不小于0.25%。水平和竖向的位置一般是竖向筋在剪力墙的内侧，水平筋位于外侧，间距在150mm-300mm之间。竖向钢筋的搭接取决于抗震等级，当有拉筋时，拉筋直径6、8mm，间距为500mm-700mm。剪力墙中设置暗柱时，水平筋应保持连续，直到端部折弯，暗柱中不设置竖向筋，总的配筋率应该满足上述要求。同时还规定，部分框支剪力墙的底部配筋应大于0.3%，在高层建筑结构中非常合适。

4 结束语

高层建筑自身的复杂性和特殊性，使得其在结构设计中需全面考虑，剪力墙结构因其强大的优势广泛应用于高层建筑中。本文从剪力墙结构的合理布置、剪力墙结构的尺寸选择、连续梁的设计、底部约束控制及配筋等方面出发，对设计中的要点和注意事项进行了分析，并提出了相应的具体措施，为相关设计人员提供参考和借鉴，在设计中提高高层建筑结构的经济和安全性能。

参考文献：

[1] 夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技,2007,21(02)

[2] 孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑,2010,24

[3] 钟建兴关于高层住宅剪力墙结构设计的一些探讨[J].企业科技与发展,2010,16(26)