試論高層建筑結構設計中剪力墻的應用

吳烈文

【摘要】本文深入剖析剪力墻在高層建筑結構設計的注意要點，重點討論剪力墻的布置要求與結構類別，闡述剪力墻厚度與長度等問題，最終優化建筑結構設計方案，實現剪力墻結構設計合理化、科學化、經濟化。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻；設計要點

前言：剪力墻結構體系具有整體性優、剛度強、造價低等特點，因此高層建筑常用剪力墻結構，可把隔墻與承重墻有機統一且施工成本更為經濟，除此以外，剪力墻結構與框架結構相比，沒有出現梁、柱外露等情況，且外立面造型更加美觀，內部功能更加多樣化。隨著剪力墻在高層建筑的廣泛應用，社會大眾對剪力墻結構設計要求進一步提高，《高層建筑混凝土結構技術規程》對剪力墻結構的類型選擇、布置盡管沒用作出細致規定，我們設計人員則應當結合建筑工程實際條件，加強剪力墻結構設計與優化。

1、高層剪力墻結構布置要求與特點

1.1剪力墻布置要求

通常剪力墻沿主軸方向進行布置，設計人員在建筑平面內布置的剪力墻應當保持平均，剪力墻寬度與高度尺寸均較大，且其厚度偏薄，剪力墻主要承受水平作用、彎矩以及豎向荷載，因此剪力墻結構應具有抗風、抗震的能力，所以其結構體系應滿足延性變形與抗脆性剪切的要求，在剪力墻設計過程中設計人員應盡量考慮其彎曲延性。

1.2剪力墻結構類別

高層剪力墻建筑結構類型主要包括整體墻、聯肢墻等，根據墻體的差異性特點以及其受力形式，對剪力墻體內力進行配筋，整體墻主要涉及山墻、局部開洞墻、結構片墻，而聯肢墻則是將剪力墻通過梁進行連接，剪力墻建筑結構體系如下圖所示。剪力墻在高層建筑中充當豎向承重與抗側力結構的構件，設計人員在剪力墻上可以進行開洞設計，如洞口開設越大時，從受力體系上更接近于剪力墻框架體系。

1.3剪力墻結構特點

（1）優點：高層剪力墻結構體系承載水平較高，自身側向剛度較大、變形小，平面布局較為規整，剪力墻結構體系適用層高較小建筑，如高層住宅、高層賓館等。

（2）缺點：高層建筑剪力墻結構體系自重偏大，且建筑平面布置空間存在局限性，為了滿足業主對大建筑空間的需求，可將剪力墻轉化為框架-剪力墻、框支剪力墻結構體系，框架-剪力墻結構體系是把剪力墻、框架作為承載構件，承受水平與豎向作用荷載，而框架結構來承受豎向荷載，剪力墻則承受水平方向的剪切力。框支-剪力墻結構體系是把高層建筑底部設計為框架體系，這種結構體系適用于帶有轉換層的建筑。

2、剪力墻厚度與墻肢長度確定

2.1剪力墻厚度

根據抗震規范規定要求，當高層建筑抗震等級為一、二級抗震設計人員需要對剪力墻底部進行加強，其墻厚應大于200mrn，而且大于高層建筑層高1/16，對于非加強區域墻厚不得低于160mm，在進行剪力墻設計過程中，設計人員如遇特殊情況，應對高層建筑展開概念設計分析，積極控制與調整墻肢軸壓的數值，確保高層建筑的連續性，確保剪力墻結構設計滿足規范要求。

2.2墻肢長度

在設計過程中，設計人員對高層建筑剪力墻結構長度有著明確控制，墻肢長度一般低于8m，因此在剪力墻結構設計過程中設計人員應保證剪力墻體系延性，為了消除剪力墻結構發生脆性破壞，可把剪力墻的高寬比大于3，增強剪力墻的延性，在地震作用下使其發生彎曲破壞，在以往設計過程中筆者發現墻體過長，為了確保墻體的高寬比值大于3，可通過開設洞口等措施將長墻分割成具有均勻性肢墻，對于洞口筆者認為選擇彎矩比偏小的連梁。

3、剪力墻結構設計原則

設計人員在進行剪力墻設計中，首先結合設計規范具體要求對結構的合理性進行考量，在結構設計過程中，設計人員從技術層面應滿足下列原則，從而能夠推動剪力墻設計科學化、規范化。

3.1調整層間最小剪力系數

設計人員為了控制剪力墻結構自重，避免地震出現，盡量少布置剪力墻，但基于一個前提是要求短肢剪力墻所承受第一振型傾覆力矩應低于地震傾覆力矩總數的40%，設計人員可擴大剪力墻開間，增加剪力墻結構的側向剛度，保證層間最小剪力系數滿足規范要求，從而能夠控制建筑工程成本支出。

3.2調整層間層高比與最大位移

層間扭轉與剪切變形是高層建筑結構設計的重點，其中剪切變形主要根據豎向構件數量來判斷的，如某建筑豎向構件布置過多，必然增大剪重比，造成結構設計不合理，扭轉變形加大，且無法滿足樓層間位移要求，對此，在建筑物中應盡量減少扭轉變形，而不能單靠增加豎向構件的剛度來調整樓層之間的位移。

4、剪力墻結構設計優化措施

4.1加強大墻肢的結構處理

在設計過程中筆者發現剪力墻結構由于本身具有延伸性要求，對此在實際施工過程中也應具備其延展性能，設計人員應重視剪力墻結構整體性工作，剪力墻在實際破壞中以彎曲破壞為主，極易造成脆性破壞，這對結構的抗震極為不利。針對這種情況設計人員對于墻肢較長的剪力墻設計不僅滿足承載力要求還需進行分層設計，將其分割成為均勻單元，對于較短墻肢在受彎條件下出現裂縫較小，從而能夠有效發揮墻體配筋作用，為消除這些不利現象出現，對于墻肢長度超過8m可選擇下列處理措施：第一，開設施工洞，在施工過程中需對墻體孔洞預留，同時對預留孔洞需布置填充墻，這樣能夠將長墻肢隔成短墻肢。第二，開設計算洞，設計人員主要在結構計算時假設其有洞，但在實際施工過程中仍為混凝土墻，這種計算洞的開設，能夠發揮墻肢配筋性能。

4.2加強剪力墻結構均衡設計

在高層剪力墻建筑結構設計過程中，設計人員應當采取恰當優化措施實現結構受力均衡，不僅能夠提高剪力墻結構安全度，還能夠控制工程的投資造價，設計人員根據剪力墻的平面布置情況能夠真正實現剪力墻結構的設計優化，根據施工現場條件，制定正確的剪力墻設計方案，設計人員加強剪力墻施工質量的督查，制定科學的施工管理機制，強化施工管理人員的安全意識，要求其按照操作流程與設計圖紙進行施工作業。

結束語：

總而言之，隨著我國城鎮化進程加快，剪力墻結構在高層建筑結構中得到廣泛應用，對增強剪力墻結構安全性、抗震性具有積極作用，對此設計人員需要考慮剪力墻的結構問題，制定科學的剪力墻結構設計方案，結合建筑工程的實際條件，對此充分做好現場的勘察設計準備工作，保證建筑物整體的設計水平，最終推動我國建筑行業的可持續發展。

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