高层剪力墙结构设计分析

王晓莉

(太原市建筑设计研究院，山西太原 030002)

近年来，随着高层建筑的不断矗立，其剪力墙结构设计的合理性和安全性被人们所重视，理论上的剪力墙结构设计和图纸设计与实际建设过程中经常发生一些冲突，造成问题的原因通常是施工中构造处理不同，造成剪力墙的墙截面和配筋产生了较大的差别，所以针对高层剪力墙结构设计的常见问题，本文对高层建筑剪力墙的边缘构造、高层建筑剪力墙结构厚度与配筋问题及高层建筑剪力墙结构超长问题三个方面进行探讨，希望能够合理的解决高层剪力墙结构设计中的一些问题。

1 高层建筑剪力墙布置

1.1 高层建筑剪力墙布置原则

高层建筑剪力墙的布置是沿着主轴方向或者其他某一方向进行双向布置，在同一平面内剪力墙的布置要保持均衡。高层建筑剪力墙的高与宽通常尺寸都比较大，厚度又较薄，在墙体受力方面受到水平剪力、弯矩、竖向压力。高层建筑的剪力墙需要具有抗震、抗风载的能力，所以其结构需要满足非弹性变形和避免脆性剪力断裂，剪力墙的设计类型可以尽量采用延性弯曲型。

1.2 剪力墙结构类别

剪力墙结构类别有整体墙和联肢墙。根据不同类型墙体的特点、受力特征、墙体内力分布进行配筋和构造。整体墙包括山墙、鱼骨式结构片墙、小开洞墙;联肢墙是由梁连接的剪力墙。

高层建筑的剪力墙结构体系如图1所示。

图1 高层建筑的剪力墙结构体系

将建筑的墙体作为竖向承重和抗侧力结构体系的被叫做剪力墙结构，在剪力墙上可以进行开洞设计，当洞口越大时，越接近剪力墙的框架。

剪力墙结构的优点与缺点分别是:

1)剪力墙结构优点:剪力墙的承载能力较强，侧向的刚度大、变形小，剪力墙墙面平整适用于单层高度较小的建筑，例如:住宅、宾馆等。

2)剪力墙结构缺点:剪力墙结构自身重量较大，高层建筑平面布置的局限性有限，难以获得更大的建筑空间。

剪力墙可以分为框支剪力墙结构与框架剪力墙结构，框支剪力墙结构是将剪力墙结构的建筑底层做成框架结构，适用于做成转换层高层建筑。框架剪力墙结构可以将框架与剪力墙一同作为承载体，可接收来自竖向与水平方向的荷载，其中框架主要用来承担来自竖向的荷载，剪力墙主要用来承载来自横向的剪切力。

1.3 剪力墙结构设计计算

剪力墙结构设计计算是对剪力墙的正截面承载力和剪力墙斜截面受剪力进行验算。验算时需要对剪力墙的整体结构进行分析，根据剪力墙水平受力与竖向受力求得剪力墙的内力。剪力墙结构计算的原则是:

1)要与施工图一致;2)剪力墙荷载取值准确;3)地下室作为指定层数;4)整体计算参数与内力配筋调整参数应与整体分析程序相对应;5)地下室人防、楼梯、地下室侧壁、顶板、水池壁板、挡土墙、车道板、雨篷等抗扭构件，异型板、立面小构件等的补充计算，尽可能采用其他结构软件的计算工具计算，无相关工具的采用手算。

1.4 剪力墙结构设计规范

高层建筑剪力墙的墙体厚度规定大于160 mm，底部加强厚度大于200 mm。采用竖向钢筋进行墙体边缘配筋，确定剪力墙的稳定性，横向配筋提高剪力墙的抗震能力。

2 剪力墙结构的有关规定

1)现浇钢筋混凝土剪力墙结构的最大高度及抗震等级如表1所示。

a.墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙称为短肢剪力墙，括号内数字用于短肢剪力墙较多的剪力墙结构;

表1 现浇钢筋混凝土剪力墙结构的最大高度及抗震等级

b.建筑场地为Ⅰ类时，除6度外可按表内降低1度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低;

c.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地，地基条件适当确定抗震等级;

d.错层结构，错层处框架柱及错层处平面外受力的剪力墙的抗震等级应提高一级采用。

2)剪力墙轴压比限值。

一级～三级抗震等级剪力墙底部加强部位墙肢最大轴压比限值:轴压比，如表2所示。

表2 剪力墙底部加强部位墙肢最大轴压比限值

其中，N为墙肢重力荷载代表值作用下的轴压力设计值(不与地震作用结合);A为墙肢的全截面面积;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;hw为墙肢截面的高度;bw为墙肢截面的宽度。

3)剪力墙竖向横向分布钢筋的最小配筋率见表3。

短肢剪力墙全部竖向钢筋的最小配筋率见表4。

3 高层建筑剪力墙结构厚度确定与配筋处理

1)建筑规范规定高层建筑的剪力墙结构的地震等级8度时，剪力墙抗震等级为2级以上，这就要求剪力墙墙底部分墙体厚度在200 mm以上，并且要求墙底加强部分厚度大于楼层高度的1/16。

剪力墙厚度确定:根据轴压比限值估算剪力墙厚度，设轴压比r，墙肢承载楼面荷载面积Aq，估算厚度为

其中，Q为单位面积层荷载重量标准值，Q=13.0+7(n－15)/20，n为楼层层数。

高层建筑剪力墙最小厚度取值如表5所示。

表3 剪力墙竖向横向分布钢筋的最小配筋率 %

表4 短肢剪力墙全部竖向钢筋的最小配筋率 %

表5 高层建筑剪力墙最小厚度取值 mm

剪力墙墙肢稳定要求满足下面的方程式:

其中，q为墙顶组合的等效竖向均布荷载值;Ec为剪力墙混凝土弹性模量;t为剪力墙墙肢截面厚度;t0为剪力墙墙肢计算长度。

剪力墙构造边缘构件配筋如表6所示。

表6 剪力墙构造边缘构件配筋

2)高层建筑剪力墙墙体配筋率规定应在0.25%以上，剪力墙底部加强部分的配筋率规定在0.3%以上。

高层剪力墙的水平配筋，是对墙体加入水平分布的钢筋，目的是能够提高剪力墙的抗脆性剪切破坏和抗温度应力破坏。对于高层建筑的大面积剪力墙的较大面积墙体需要适当的增加配筋，尤其高层建筑的连梁与温度变化敏感位置，配筋的添加要保证剪力墙结构的稳定性。

高层剪力墙的竖向配筋，是对墙体抗弯能力的加强。竖向配筋可以对剪力墙边缘进行适当增加，钢筋之间的间距控制在300 mm以下，并且竖向配筋应小于横向配筋，这样剪力墙的抗剪能力就大于抗弯能力，有效的解决了抗震问题。

4 高层建筑大面超长剪力墙结构处理

目前许多高层建筑中的现浇混凝土剪力墙结构的伸缩缝已经超过了规范设定，并且在遇到超长结构的情况下设计者设计的伸缩缝间距越来越大，这个问题对于设计者来说应该慎重，如果遇到超长结构的情况最好设置温度伸缩缝，尽可能的依据规范设定限值进行设计。这是因为:1)剪力墙结构超长，当剪力墙受温度变化较大时，混凝土剪力墙收缩、剪力墙容易发生变形，当剪力墙结构发生收缩变形时容易造成墙体结构出现裂缝。2)高层建筑的剪力墙体型庞大，受到结构变形和裂缝的因素也很多，如果遇到剪力墙结构超长情况时，需要设置温度伸缩缝才能够降低墙体大面积变形和开裂的现象发生。3)随着高层建筑使用的混凝土收缩量不断加大(由原有的300 με增加到400 με以上)，剪力墙结构超长导致产生裂缝的因素也增多。4)高层建筑泵送混凝土时，增加了水泥的用量，从而导致剪力墙结构的收缩量加大，这也加剧了产生裂缝的必然性。

5 结语

目前在高层建筑中剪力墙结构设计呈多样化的趋势，掌握合理的、安全的设计方法是需要我们灵活运用概念设计再结合实际需要把握剪力墙结构设计的整体设计效果，做到既体现设计的经济性又保证了设计的安全性。

[1] 胡昌哲.剪力墙结构设计的几个问题[J].黑龙江科技信息，2010(9):5-6.

[2] 李新杰.浅谈剪力墙结构设计[J].中国科技博览，2011(19):19-21.

[3] 石必成.针对剪力墙的设计通病进行探讨[J].建材发展导 向，2011，9(13):116.