淺談高層剪力墻結構體系

摘要：高層剪力墻結構是當前民用建筑中經常采用的一種結構形式，本文主要從結構形式特點、結構布置、結構設計應注意的問題進行闡述，總結了高層剪力墻結構設計的要點并針對剪力墻結構設計中經常出現的一些問題，提出一些建議。

關鍵詞：高層剪力墻結構結構體系

0 引言

隨著國家經濟的發展，城市化進程加快，多層的磚混或框架結構已經逐漸不能滿足城市發展的需求，剪力墻結構越來越多的出現在建筑行業里，其中以住宅居多，然而隨著人們對住宅使用功能要求的日漸增加，也給剪力墻設計帶來了不少的難度，現對高層剪力墻結構設計的一些特點和常見問題做如下介紹并提出一點解決意見。

1 剪力墻結構形式特點

1.1 用鋼筋混凝土剪力墻抵抗豎向荷載和水平荷載的結構稱為剪力墻結構。現澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好，抗側移剛度大，承載力大，在水平力作用下側移小，經過合理設計，能設計成抗震性能好的鋼筋混凝土延性剪力墻。由于這種結構形式側向變形小，承載力大，且有一定的延性，在歷次大地震中，剪力墻結構破壞較少，表現出令人滿意的抗震性能（但僅就延性而言，剪力墻不如框架結構）。剪力墻結構中，剪力墻間距一般較小，平面布置不夠靈活，建筑空間受到限制是它的主要缺點，因此它在商場等公共建筑中應用較少，而在住宅，公寓，飯店等建筑中應用廣泛。

1.2 懸臂剪力墻是剪力墻結構中的基本形式，各個懸臂剪力墻肢通過合理的結構布置構成了建筑結構的主體。懸臂剪力墻的破壞形式主要有彎曲破壞，剪切破壞和滑移破壞（剪切滑移或施工縫滑移），就單片懸臂剪力墻而言，它是一個靜定結構，只要有一個截面達到極限承載力，構件就喪失了承載能力，在水平荷載作用下，剪力墻的彎矩和剪力都在基底部位最大，因而，墻肢底截面是設計的控制斷面。對于剪力墻截面沿高度變化的位置，也應作為控制截面來驗算承載力。

1.3 實際工程中剪力墻分為整體墻和聯肢墻：整體墻如一般房屋的山墻、魚骨式結構片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂構件，當剪力墻墻肢較長時，在力作用下法向應力呈線性分布，破壞形態似偏心受壓柱，配筋應盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端；為防止剪切破壞，提高延性應將底部截面的組合設計內力適當提高或加大配筋率。聯肢墻是由連梁連接起來的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨作用顯著，連梁中部出現反彎點。當墻肢較小時，要注意墻肢軸壓比限值。

1.4 壁式框架：當剪力墻開洞過大時，形成由寬梁、寬柱組成的短墻肢，構件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內力作用下許多墻肢將出現反彎點，墻已類似框架的受力特點，因此計算和構造應按近似框架結構考慮。

綜上所述，設計剪力墻時，應根據各類型墻體的特點，不同的受力特征，墻體內力分布狀態并結合其破壞形態，合理地考慮設計配筋和構造措施。

2 結構布置注意事項

2.1 高層剪力墻結構應具備較好的空間工作性能，《高規》7.1.條規定，剪力墻結構中，剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置，并宜使兩個方向剛度接近。抗震設計的剪力墻結構，應避免僅單向有墻的結構布置形式。剪力墻墻肢截面宜簡單，規則。同時，剪力墻的側向剛度不宜過大。

2.2 剪力墻結構的抗側力剛度和承載力均較大，為充分利用剪力墻的這一特征，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，以便使結構具備適宜的側向剛度。

2.3 在結構布置過程中，應避免布置墻肢長度過長（≥8m）的墻體。當有少量墻肢長度大于8m時，計算中，樓層剪力主要由這些大的墻肢承受，其他小的墻肢承受的剪力很小，一旦地震，尤其超烈度地震時，大墻肢容易遭受破壞，而小的墻肢又無足夠配筋，整個結構容易被各個擊破，這是極不利的。所以，對于大的剪力墻墻肢，應采用留置結構洞口（洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁），把長墻肢分解成合理的墻肢長度，調整其剛度。

2.4 剪力墻的門窗洞口宜上下對其，成列布置，形成明確的墻肢和連梁。當無法上下對其，成列布置時，應按有限元方法仔細計算分析，并在洞口周邊采取加強措施。

3 結構構件延性設計

要使懸臂剪力墻具有延性，就要控制塑性鉸在某個恰當的部位出現；在塑性鉸區域防止過早出現剪切破壞（即強剪弱彎設計），并防止過早出現錨固破壞（強錨固）；在塑性鉸區域改善抗彎及抗剪鋼筋構造，控制斜裂縫開展，充分發揮彎曲作用下抗拉鋼筋的延性作用。懸臂剪力墻的塑性鉸通常出現在底截面，因此，剪力墻底部應設置加強區，加強范圍不宜小于H/8(H為剪力墻總高)，也不小于底層層高。當剪力墻高度超過150m時，其底部加強部位的范圍可取墻肢總高度的1/10。影響墻肢延性的因素主要有：①剪力墻截面有、無翼緣對剪力墻延性影響很大。當截面沒有翼緣時，延性較差。有了翼緣或端柱后，延性大為提高。②剪力墻隨軸力增大，延性降低。③當鋼筋總量不變，但端部鋼筋與分布鋼筋的分配比例不同時，墻肢延性不同。在規范許可條件下，適當增加端部鋼筋，減少分布鋼筋，即可提高承載力，又可提高延性。④設置約束邊緣構件是提高延性的有效方法。

4 結構設計中的一些常見問題及構造措施

4.1 帶轉角窗剪力墻結構設計 現在建筑設計為了追求采光及通透性，經常在建筑角部設置轉角窗。但轉角窗在結構角部設置轉角洞口，對主體結構的抗扭性能影響大，容易造成地震中的結構扭轉破壞，所以在結構設計中要對轉角窗位置特別注意，采取有效加強措施：①宜提高角窗兩側墻肢抗震等級；②加強兩端暗柱配筋，特別是箍筋；③在板內設置暗梁，提高整體性；④轉角窗房間的樓板宜適當加厚、板配筋采用雙向雙面設置；⑤抗震計算時應考慮扭轉耦聯的影響；⑥加強角窗窗臺連梁的配筋及構造。

4.2 連梁抗剪強度不足問題 連梁抗剪強度不足是剪力墻結構設計經常出現的問題，破壞時產生脆性的剪切破壞，不符合規范的強剪弱彎要求，也不能形成作為第一道耗能防線的彎曲破壞，遇到這種情況，應從兩方面著手解決：

4.2.1 降低連梁剛度，調整結構布置，減少該連梁承擔的地震作用 ①調整結構布置，使水平荷載分配合理，從而減小連梁承受的剪力。②對連梁剛度折減，通過調整連梁剛度折減系數來調整連梁承受的剪力。③調整連梁高度和洞口寬度，從截面上調整連梁剛度。④對于截面較高的連梁，通過連梁設水平縫，將一道高度為h連梁設置為兩道高度為h/2的連梁，從而減小剛度，避免承擔過多的地震力。

4.2.2 提高連梁抗剪承載力 ①提高混凝土強度等級；②當連梁破壞對承受豎向荷載無大影響時，可考慮在大震作用下該聯肢墻的連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次結構內力分析（第二道防線），墻肢應按兩次計算所得的較大內力配筋。即可將超筋部位連梁兩端按鉸接處理進行整體計算，但應注意，按此方法處理后計算結果層間位移比尚須滿足規范要求，連梁滿足豎向承載力要求即可，施工時仍為整澆，上部鋼筋按構造設置。

5 結語

在高層剪力墻結構設計中，我們每一個設計者都應該本著精心設計的原則，考慮多方面因素，確定出合理的結構布置方案，只有這樣，我們才能把握好每個細節，做出安全合理的建筑結構。

參考文獻：

[1]《高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）》.

[2]《全國民用建筑工程設計技術措施（結構）》.

[3]黃市敏，楊沈.《建筑震害與設計對策》.

[4]徐有鄰，周氐.《混凝土結構設計規范理解與應用》.

[5]《高側建筑結構概念設計》.