剪力墙结构设计要点分析

曹佳莹

摘 要：近年来，随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅剪力墙结构型式。本文首先对高层建筑结构的设计特点和剪力墙结构特点进行了系统的阐述，最后就剪力墙结构设计的相关要点进行了详细的分析与探讨，以期对大家以后的工作起到一定的借鉴和指导作用。

关键词：高层建筑；剪力墙结构设计；要点分析

引 言

随着我国社会经济的发展以及人们生活质量的提高，越来越多农村人口向城市聚集，使得城市人口越来越拥挤，这势必会带来住房紧张等各类问题，然而想要缓解城市人口以及住房压力等问题就只能不断扩大城市建设的同时新建高层建筑，从而扩大城市人口容纳量，加快城市化进程。在高层建筑中，剪力墙结构因为其独有的抗震性能好、抗侧刚度大、侧移较小的优势而被广泛应用于其中，特别是高层剪力墙住宅。然而剪力墙结构设计过程中仍没有一个明确的规定用以判断剪力墙截面尺寸大小及其形状、位置布置等合理与否情况，一般情况下都是根据工程师经验来进行设计、判断的。这就使得一些不合理设计问题容易出现，从而导致建筑结构安全性不足或造价增加等。

1 高层建筑结构设计特点和剪力墙结构特点分析

1.1 高层建筑结构设计特点

（1）水平荷载是结构设计时的决定性因素。这是因为结构由自重等竖向荷载产生的轴力和弯矩的大小，仅与楼房高度的一次方成正比；而结构由于水平荷载产生的倾覆力矩及在竖构件中产生的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；同时，对一建筑来说，自重等竖向荷载基本上是定值，而风荷载和地震作用等水平荷载，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

（2）轴向变形不容忽视。因为在高层建筑中，自重等竖向荷载很大，能够使柱产生较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生较大的影响，对预制构件的下料长度产生影响，另外对构件的剪力和侧移也会产生影响，易使结构设计不够安全。

（3）侧移是结构设计的关键因素。水平荷载下结构的侧移变形随着楼房高度的增加迅速增大，因此水平荷载作用下结构的侧移应控制在规定限度之内。

（4）结构延性是重要设计指标。与较低楼房相比，高层建筑结构在地震作用下的变形更大一些。为了能让结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，防止建筑倒塌，必须采取一定的构造措施，以保证结构具有足够的延性。

1.2 剪力墙结构的特点

（1）承载能力和抗侧力能力好。该结构体系能够很好地承受竖向荷载和抵抗水平荷载，常用于高层住宅建筑。

（2）侧向刚度大。该结构体系侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小。

（3）建筑空间利用率高。由于剪力墙与楼板组成受力体系，建筑室内空间比梁柱结构简洁和宽敞。同时，楼盖一般为不设梁的平板，增加净高，空间利用率高。

（4）该结构自重很大，能够很好地吸收地震能量。

（5）该结构体系施工较麻烦，且造价也高。

2 剪力墙结构设计要点分析

2.1 剪力墙结构的合理布置

（1）剪力墙应沿主轴方向双向均匀布置，宜使两个方向抗侧刚度接近，不宜采取单向的方式进行布设。尽量使得刚度中心与质量中心靠近，减小地震造成结构扭转。

（2）在对剪力墙结构进行布设时，墙肢使用不宜选择“一”字形的，带翼缘的T型或L型等最为适宜。

（3）为减轻结构自重，加大建筑可用空间，剪力墙不宜布置太密使结构有合适的刚度，以满足规范的侧移限制为好。

（4）剪力墙竖向刚度要求匀称，由下到上连续布置，可沿高度改变剪力墙厚度和混凝土强度等级。

（5）剪力墙上要布置洞口，应尽量布置成成排成列，能够形成很明确的墙肢和连梁，使得应力分布比较规则，又与计算简图较为吻合，设计结果比较可靠。

2.2 剪力墙长度和厚度的选择

为了使剪力墙结构具有足够的延性，剪力墙墙肢长度一般不宜大于8m，这是因为细高的剪力墙（高宽比大于2）具有很好的延性，可以防止脆性的剪切破坏。当墙的长度大于8m或更长时，为了满足延性要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较短、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁，使其可近似成独立的墙段。

《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条规定了剪力墙的最小厚度，以保证剪力墙的刚度和稳定性能。在短肢剪力墙结构中，《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定其抗震等级应采用比第7.2.2条中规定的抗震等级提高一级。如剪力墙住宅中，填充墙厚一般为200mm，相应的剪力墙厚也应取200mm。以保证剪力墙平面外有足够的刚度，防止结构在偏心荷载下产生屈曲失稳。

2.3 剪力墙结构中连梁的设计

剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在风荷载、地震作用等水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形破坏时的形态与连梁有很大的关系。因此，在设计剪力墙结构时，应重视连梁的设计，以减少剪力墙的破坏几率。在剪力墙结构设计中应遵循强墙弱梁的原则，提高结构的延性。如在本工程中，在窗洞露面和窗台之间部分使用轻质砌筑材料；在有飘窗时，在窗台处再增加一根梁且在梁之间用轻质材料填充。

2.4 剪力墙结构中过渡层的设计

对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，比如底层框架剪力墙结构，其过渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震中需要提供的抗倾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均匀荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者压剪的应力状态，而一旦有横向荷载作用时，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力及其抗裂性能都将相应地降低。根据试验表明，在垂直和反复横向荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力大约会降低两到三成。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。

2.5 剪力墙结构的计算和配筋

（1）剪力墙的墙身。剪力墙中包括的有竖向钢筋和水平向钢筋，在对其進行构造和计算时，要对其用量进行确定，主要对正截面中的抗弯承载力、斜截面中的抗剪承载力进行验算。剪力墙中的钢筋配置要求为：在一级、二级、三级的抗震设计中，竖向配筋率与水平配筋率不能低于0.25%；在四级、一级非抗震设计中，其配筋率不能低于0.2%。另外，剪力墙的竖向钢筋与水平钢筋之间的距离适宜在300mm左右，直径不能低于8mm。

（2）连梁。剪力墙自身只有具备了一定的强度和刚度，才能够保证墙体与连梁的协调工作。通常情况下，连梁具有提高剪力墙刚度、紧密连接墙肢的作用。因此，在对高层建筑结构整体进行计算的过程中，要相应的折减连梁的刚度。其折减值不能低于0.5，取值范围适宜控制在0.5～1.0。如果在对折减刚度后，建筑结构的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力不足，那么可以通过降低连梁高度、减小整体刚度的方式，来减少地震带来的影响。

3 结束语

总之，随着我国建筑行业的不断发展，剪力墙结构技术将会得到越来越广泛的运用。因此，为了充分的将剪力墙结构技术的作用充分发挥出来，切实提高建筑物自身的抗震性能，就需要我们每一个设计者，本着精心设计的原则，考虑多方面因素，确定出合理的结构布置方案，最终确保建筑工程的安全性以及经济性。

参考文献

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[2]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）.