淺談高層建筑中剪力墻結構設計

文/吳建通 貴陽建筑勘察設計有限公司 貴州貴陽 550081

高層建筑數量的不斷增加更加充分利用土地資源，在結構設計中我們需要考慮高層建筑與多層建筑的區(qū)別，且高層建筑由于整體高度，結構內部受力情況也更加復雜。而剪力墻作為高層建筑中主要的受力及抗震構件，其設計合理與否對結構的安全及經濟性有著重要影響。

1、剪力墻的定義

剪力墻是房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體。在剪力墻體中，又分為筒狀和平面兩種結構，平面結構的剪力墻適用于一般鋼筋混凝土建筑物，筒狀結構的剪力墻則適用于高度較高的建筑物。筒狀結構主要用于高層建筑的樓梯間或電梯間的墻體設計。筒壁均為現澆鋼筋混凝土墻體，其剛度和強度較平面剪力墻可承受較大的水平荷載。

2、剪力墻結構的特點

從結構的角度來說，剪力墻的承載力很強，并且對多角度的負荷量都能夠很好的承受，可以承受住高層建筑結構中的豎向和水平兩方面的負荷量；其次，剪力墻在受力上與建筑物的樓板可以形成共同的受力體系，使得建筑物的實用空間的高度和寬度都有所提升[2]。第三，剪力墻及連梁在承受強烈的外力作用發(fā)生破壞時，可以有效抵消掉一部分外力作用產生的能量，為建筑物的安全系數提供有效保障。

3、剪力墻結構設計的基本要求

3.1 調整樓層剪力系數

在對剪力墻進行設計時需要盡量將構件布置降到最低，采用最佳辦法就是布置大開間剪力結構，從而使側向結構可以滿足高層建筑需求。此外，要保障樓層間的剪力系數是最小的，但不可高于設計標準，高層建筑整體承受的地震力與剪力墻承受的地震力之間的比不宜過大，這樣才會確保結構自身的重量，從而將地震帶來的破壞地降到最低，節(jié)約建筑成本。

3.2 調整樓層間位移與層高

在計算樓層間的位移時，若是高層建筑建設在一個地震多發(fā)的地區(qū)，需要對樓層的標準值進行合理計算，這樣可以把結構彎曲變形保留下來，在基于彎曲變形為核心的高層建筑中需要計入扭轉變形。在對高層建筑進行建設時最需要考慮的問題就是樓層間的扭轉變形與剪力變形。因此，對于高層建筑而言，不可以只通過對樓層間的位移進行計算來確認豎向構件的剛度，它需要將發(fā)生扭轉變形的幾率降到最低。

3.3 調整剪力墻結構

若是剪力墻結構的連續(xù)跨高的比太小的話，就會造成建筑剪力與彎矩過大的情況出現。依據有關標準需要，施工跨度是不可以低于標準跨度的，若是高出在對建筑的連續(xù)墻進行建設時時無法保障其效果的，合理的選取跨度比可以有效的避開彎矩或是剪力過量的情況發(fā)生。在對剪力墻結構進行設計時務必要參照建筑的整體情況，對建筑結構進行全面考慮可以有效減少建筑成本。

4、高層建筑中剪力墻結構設計的具體運用

4.1 平面布置

剪力墻設計的平面布置可以靈活，但是有幾個要注意的地方:①平衡、對稱。建筑強設計結構有長有短。遇到較長的剪力墻時，不要全部當成一個整體，選擇開洞口的方式，將墻面分成等長均勻的幾段。交錯不齊的剪力墻洞口會帶來很多隱患，易出現剛度突變，應力集中。所以洞口宜對稱布置，使得結構平面上剛度均勻，減小盡量剪力墻出現應力集中的情況。②在進行抗震設計的時候，盡量減少一字型的短肢剪力墻的布置，雙向的或者多向的更能保障安全。多向或雙向的設計可以形成一定的空間工作結構。剪力墻不僅需要在結構平面主軸方向雙向布置，而且還應該盡量使得各主軸方向剪力墻的側向剛度相近。③剪力墻結構與其他的結構一樣，在特殊情況下也會出現剛度突變的情況。為了避免不必要的損失，在豎直方向上要從下往上的布置。④在同一個平面上的剪力墻結構質量中心和剛度中心不宜偏心過大，偏心過大時易發(fā)生扭轉變形，從而發(fā)生扭轉變形破壞。應沿著建筑物的全高均勻布置，側向剛度沿著高度從下至上連續(xù)均勻，剪力墻開洞時，洞口上下對齊。⑤平面形狀凹凸較大的時候，盡可能在凸出部分的端部附近布置剪力墻。當遇到建筑物周邊、電梯間、樓梯間等部位時，均勻的布置剪力墻。⑥剪力墻不宜過長，超過8m 的剪力墻最好設置跨高比較大的連梁將其均勻分為若干段，使得各個墻段的高度與長度之比大于3。

4.2 墻肢截面厚度

剪力墻的厚度變化呈現階段性的規(guī)律。階段性即均勻平衡，連續(xù)不折斷。階段變化應嚴格控制在一定范圍內，才能使結構不發(fā)生變形。剪力墻的材料是混凝土，在混凝土的強度等級發(fā)生變化樓層時，此樓層要避免進行剪力墻的厚度變化。高層建筑在底部的剪力墻一般厚度大，當剪力墻的厚度超過400mm 時，如果僅采用雙排配筋，會形成中部大面積的素混凝土，使得剪力墻的截面應力不均勻，所以厚度超過400mm 的剪力墻，需要配置三排或四排鋼筋。

4.3 剪力墻結構連梁

剪力墻結構中連梁是作為連接剪力墻平面內的梁，它不僅能夠連接墻肢，還能夠有效的約束墻肢。在設計連梁的時候，因連梁的剛度很大，普通配筋的、跨高比小的連梁很難成為延性構件，所以對連梁進行區(qū)分，按不同的形式分別設計。①跨高比大于5 的連梁，此類連梁受力情況和框架梁類似，即按照框架結構中的框架梁進行設計即可。②跨高比小于5的連梁，尤其是住在、旅館等剪力墻結構的建筑中的連梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在側向力的作用下，這些連梁容易出現剪切斜裂縫。

對于跨高比小的高連梁，可以設置水平縫，形成雙連梁或者多連梁，實現彎曲破壞。當連梁寬度較大的時候，除了設置普通箍筋以外，還可以增加交叉暗柱或者設置斜向的交叉構造鋼筋來改善連梁的受力性能。樓面梁支承在連梁上時，連梁產生扭轉，一方面不能有效約束樓面梁，另一方面連梁受力十分不利，因此要盡量避免。樓板次梁等截面較小的梁支承在連梁上時，次梁端部可按鉸接處理。

4.4 邊緣構件設計

在一個個完整的剪力墻設計中，它的邊緣構件同樣重要。邊緣構件是端柱，暗柱的統(tǒng)稱，分為約束邊緣構件和構造邊緣構件在進行剪力墻設計時。為了保證剪力墻底部具有足夠大的延性，應對可能出現塑性鉸的部位進行加強，設置約束邊緣構件，即底部加強區(qū)域。剪力墻的約束邊緣構件能增加高軸壓比剪力墻的塑性變形能力，而低軸壓比的剪力墻只需要設計構造邊緣構件即可。

結語：

綜上所述，在高層建筑建設中加強對剪力墻結構的研究，可以提高剪力墻結構設計質量，進而滿足社會群眾需要，保障高層建筑的安全性。

[1]許曉冬.建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用分析[J].黑龍江科技信息，2014.

[2]祝捷.高層建筑結構設計中剪力墻結構的要點探討[J].中華民居（下旬刊），2014，10：78.