浅谈剪力墙结构设计在建筑中的应用

李红玲

【摘要】在高层建筑中，剪力墙结构设计对建筑工程造成一定的影响，剪力墙结构设计在实际建筑结构中的应用。

【关键字】高层；剪力墙；结构设计

前 言：本文对高层建筑剪力墙的结构体系、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两个主轴方向或其他方向进行双向布置，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。

1.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构实际上是把框架结构的承重柱和柱间的填充墙合二为一，使其成为一个宽而薄的矩形截面墙。剪力墙承受楼板传来的垂直荷重和弯矩，还承受风力或地震作用产生的水平力。剪力墙在抗震结构中也称抗震墙，它的刚度和强度都比较高，有一定的延性，结构传力直接均匀，整体性好，抗震性能也较强，是一个多功能高强结构体系。因此，在15层以上的高层建筑中采用它是经济的，在非抗震区建筑物高度可达到150m左右。

剪力墙结构体系的平面布置可以分为三种基本类型：1）横墙承重体系，由垂直于房屋长度方向的剪力墙组成；2）纵墙承重体系，由平行于房屋长度方向的剪力墙组成；3）纵横墙承重体系，由两个方向剪力墙组成；不管采用哪一种类型，设计时都是使剪力墙平面布置得尽可能简单、规整、对称和质量均匀，使得结构的质量中心与刚度中心尽量相重合，这对提高房屋的抗震性能是有利的，但往往一个建筑物是满足多方面的使用要求，因此要做到对称、均匀等是有一定难度的，因此房屋产生一点扭转也是不可避免的。

剪力墙结构体系在竖向布置方面尽可能使各层楼面的刚度中心和各层水平荷重的合力的作用线基本上一致，以减小房屋沿竖向产生整体扭转。其次，剪力墙沿高度方向的刚度可以变化，但尽可能不产生突变。因此剪力墙沿高度有刚度突变，在地震作用时往往会引起很大的震害，此外，在竖向布置时，还应尽量可能使房屋的重心下移，这对高层建筑尤为重要。

1.3 剪力墙结构类别

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。

1.4 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） 地下室作為指定层数； 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。

1.5 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。

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=。

其中，N 为墙肢重力荷载代表值作用下的轴压力设计值（ 不与地震作用组合） ； 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 高层建筑剪力墙结构厚度确定与配筋处理

1） 高层建筑混凝土结构技术规程规定高层建筑剪力墙的结构厚度，剪力墙抗震等级为1、2 级时，要求剪力墙底部加强部位不应小于200 mm ，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。

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。

2） 高层建筑剪力墙墙体配筋率规定应在 0. 25% 以上，部分框支剪力墙结构中，剪力墙底部加强部分的配筋率规定在 0. 3%以上。

4 高层建筑大面超长剪力墙结构处理

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。

参考文献：

[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.