高层建筑剪力墙结构设计的探讨

张秀亮　张绪志

【摘 要】在现代化社会发展中，剪力墙的应用极为广泛，特别是在高层建筑结构中，已成为整个建筑领域关注的重要环节。也是建筑领域未来发展的主要目标。剪力墙结构设计作为高层建筑结构中的主要环节，做好其合理、科学布置与设计极为关键。

【关键词】高层建筑；剪力墙布置；结构设计；设计原则

在高层建筑的不断发展中， 我们在保证其建筑物结构安全的重要前提下，还需要在建筑物的设计层面不断地追求更高的建筑设计理念与技术，引进新高规和新抗震规范的材料设备，紧密结合我国当前的实际情况，不断提高建筑工程设计水平，尽可能地发挥工程效益。

1.剪力墙布置

1.1双向布置剪力墙及抗侧刚度

高层建筑应有较好的空间工作性能，剪力墙结构应双向布置，形成空间结构。在抗震结构中，应避免单向布置剪力墙.并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，墙不宜布置太密，应使结构具有适宜的侧向刚度。

1.2竖向刚度均匀

剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响，剪力墙沿高度不连续，将造成结构沿高度刚度突变，所以应要求剪力墙自上到下连续布置。允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度沿高度逐渐减小。

1.3墙肢高宽比

细高的剪力墙容易设计成受弯曲破坏的延性剪力墙.从而可避免脆性的剪切破坏。在抗震结构中剪力墙结构应具有一定的延性，设计中墙的高宽应比不应小于2。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的独立墙段，每个独立墙段可以是整体墙，也可以是联肢墙。

2.剪力墙结构技术指标的设计原则

剪力墙结构设计时，应充分发挥各抗侧力构件的作用，在确保安全的前提下做到经济合理，满足规范规定的各项技术指标，下面就结构设计中的几个重要技术指标调整原则简述如下。

（1）楼层最小剪力系数（剪重比）的调整原则在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值（不小于限值）。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。

（2）楼层层间最大位移与层高之比（位移）的调整原则规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。由此可见，对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的，但竖向构件足够多（剪重比偏大）而布置不合理，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层间位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。

（3）结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比（周期比）的调整原则第一自振周期Tt之比（周期比）的调整原则《新高规》A、B级区分规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高层建筑不应大于0.90，B级高层建筑不应大于0.85。限定周期比是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样既可以提高结构的侧向刚度，同时又能较大幅度的提高结构的整体刚度。

3.剪力墙结构抗震设计的原则

（1）剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置：抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼梯处。在平面布置上尽可能均匀、对称，以减小结构扭转。

（2）高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构：短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙）.形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。剪力墙的间距为了保证楼（屋）盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，应控制剪力墙的最大间距。

从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好；从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震力和材料用量增大，造价提高，基础设计困难。因此，剪力墙的数量应适宜，结构设计时成片的剪力墙最好对称布置，遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则，以取得比较理想的设计效果。

4.剪力墙连梁设计

4.1连梁的作用

在剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连梁产生内力，同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用，改善墙肢的受力状态。因此，连梁对于剪力墙结构尤为重要，在起到连接墙肢作用的同时，还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。

4.2连梁设计的处理方法

在带连梁的剪力墙设计中，连梁的跨高比和截面尺寸受到许多因素的影响，设计不当经常出现连梁承载力超限或连梁截面不符合设计要求的情况，设计时可从以下方面考虑。

4.2.1对连梁的刚度进行折减

连梁由于跨高比较小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减小，内力重分布。因此，在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。高规中解释说高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析，但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。因此，可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂（刚度降低）而把内力转移到墙体上。

4.2.2增加剪力墙洞口的宽度、减小连梁高度

增加剪力墙洞口的宽度，即增加连梁跨度，减小连梁高度，其目的是减小连梁刚度，同时由于减小了结构的整体刚度，也就减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。

4.2.3增加剪力墙的厚度

增加剪力墙的厚度，即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。由于剪力墙的厚度增加后，地震作用所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁抗剪承载力不超限。

4.2.4提高混凝土等级

提高剪力墙的混凝土等级，其弹性模量增加的比例远小于混凝土抗剪承载力提高的比例，因此也有可能使连梁的抗剪承载力不超限。

5.结束语

在剪力墙结构设计中，怎样既能让这种体系刚度大，外观简洁等优点发挥出来。结构设计人员在设计工作中应不断总结，并选择合理的布置形式，正确掌握计算分析方法，以及更好地掌握这种结构体系的设计方法。将其在多、高层的建筑中有着广阔的发展前景。 [科]