普通高層建筑剪力墻結構設計的重難點分析

錢君 張麗 張成成 吳小偉 張盼盼

【摘要】本文結合剪力墻的概念與基本布置原則，對剪力墻結構設計的重點與難點問題進行探討。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻；結構設計；重難點分析

1 剪力墻的基本概念

剪力墻結構是主要依靠鋼筋混凝土墻來承受、傳遞水平與豎向荷載或作用的結構。近年來，在高層房屋中，剪力墻結構應用較為普遍。剪力墻水平橫截面具有墻肢長度較長，厚度相對較薄的特點，平面內的承載力以及剛度相對較大，平面內則相反。墻肢是一種偏心受拉或受壓的構件，是一種在復合狀態下受彎矩以及水平剪力的平面作用和豎向壓力共同影響的平面構件。由于剪力墻會受到風載的影響和地震的作用，所以要通過各種有效途徑提高其剛度以及強度，并控制樓層水平構件的整體性、規則性，讓樓層水平力、豎向力以可靠、明確的途徑傳遞到豎向構件—剪力墻上。

2 剪力墻基本布置原則

剪力墻在設計過程中，剪力墻結構要達到水平位移限值的相關要求，剪力墻橫截面積（總量）要足以提供需要的抗側剛度；要充分發揮抗側力構件的作用，墻肢數量要盡量少。剪力墻布置時，需對經濟性、安全性進行全面綜合的考慮。總之，在確定剪力墻的數量時，應該遵循以下原則：在位移限值條件得到充分滿足的前提下，應適當的減少其數量。

3 剪力墻結構設計的重難點

3.1 剪力墻結構的厚度和配筋問題

地震規范對不同抗震等級下的剪力墻的厚度做出了明確的規定，能夠在一定程度上有效地規避受偏心荷載的影響而導致的具有較小剛度和較差穩定性的墻體發生屈壓失穩的現象，然而對于八度地震區的低高層和多層剪力墻結構而言，這些規定就不那么適用。以五至十五層剪力墻結構為例，在正常情況下墻肢的軸壓應該不超過0.2，而電算結果墻體通常只要進行構造的配筋，然而底部功能對墻體的高度具有明確的要求，要達到3.9米，那么相應的墻體的厚度就要達到240毫米。而當業主對室內視野具有較高的要求，不設外縱墻、端柱以及帶翼墻時，將層高設置為3.5至4.2米時，那么墻體的厚度就要設計為320至350毫米，很明顯這種設計不具備合理性。因此對于情況相對特殊的建筑不應嚴守規范，而應該根據實際情況利用多種行之有效的措施對墻厚進行合理的控制和處理。

目前，我國“砼規”對抗震等級為一至三級的剪力墻以及剪力墻需要加強的部位的配筋率有著明確的規定，雖然相比于我國八十年代以及國外，目前所采用的配筋率在較長的以及高層剪力墻結構中具備一定的合理性，然而在剪力墻短小或者低矮的情況下卻有待商榷。

墻的水平分布筋能夠有效的規避因墻體裂縫導致的脆性剪切危害，除此以外，還能對溫度應力起到一定的抵抗作用，減少砼產生裂縫的情況。當框剪結構以及建筑物較長或較高時，配筋應該進行合理的增加，尤其是一些極易受剛度以及溫度等影響的敏感部位和連梁部位更應該合理的增加配筋。然而部分房屋短、矮，其水平分布筋率是否應該進行調整應該進行更加深入的研究。

墻的豎向鋼筋能夠切實發揮抗彎的效果，近年來部分底高、多層剪力墻中的電算結果一般為構造配筋，然而在計算配筋率時，常常會因人為因素的干擾導致部分構件中的鋼筋被不合理地扣除，導致豎向配筋率計算不準確、不科學。在進行豎向配筋時，鋼筋應該進行合理的布置，并嚴格確保鋼筋間距不大于300毫米，除此以外，也應對豎向鋼筋的數量進行嚴格的控制，避免因其過多而導致墻的抗剪強度小于抗彎強度，不利于發揮墻體的抗震性能。

3.2 剪力墻結構的超長問題

混凝土規范對不同環境下的現澆混凝土剪力墻結構、框架核心筒結構以及現澆框架剪力墻的伸縮縫間距做出了明確的規定，然而很多時候與目前建筑結構的相關要求具有較大的沖突，在工程的實際設計過程中，采用的伸縮縫間距都打破了這一規定，也間接的導致設計人員面臨超長結構設計時規范意識更加薄弱。在面臨剪力墻結構的超長問題時，設計人員應該心態謹慎，對問題進行科學合理的處理，一旦發生過長的情況應通過溫度伸縮縫的設置進行解決，對規定的伸縮縫間距進行嚴格的管理，具體原因如下：

由于剪力墻結構經常應用于居民住房以及商品住房，很難實現對其使用狀況的有效控制，如果發生墻體裂縫的情況，即使不會威脅人的生命財產安全，然而要進行適當的處理還是相對困難，而且涉及的因素較為復雜，會造成嚴重的不良影響。

剪力墻結構一般具有較大的剛性，對溫度變化情況較為敏感，混凝土產生的相應的變化較大，屋面以及樓面受墻體的制約較嚴重。一旦結構產生變形以及收縮等狀況時裂縫更容易出現。

4 優化高層建筑剪力墻結構設計的措施

4.1 注意轉換層結構設計

由于高層建筑形式以及功能逐漸豐富，當建筑物的功能要求產生變化時，其結構布局也要進行適當的調整，努力的增強構件的銜接力，實現對內力的有效傳遞。所以對于一些相對復雜的剪力墻結構尤其是底部空間大、高位轉換的結構在設計的過程中更應該謹慎。當高位轉換時，具有較大質量以及剛度的轉換層開始升高，有必要對轉換層及其上下層的剛度比進行適當的調整并更加接近，應該嚴格控制轉換層的質量以及剛度，轉換層周圍的層間位移角的狀態可以通過精準的空間分析進行確定。轉換層結構形式應該偏向于輕重量以及小剛度，在進行計算的過程中，振型數應盡量選用參與組合類型的。應該通過科學合理并且具有一定精準度的計算及時的發現薄弱部位，對內力分配特點進行深入仔細的研究，盡量通過有效的措施強化薄弱部位，增強其抗震性能。

4.2 優化連梁設計

連梁設計根據抗震及非抗震情況存在兩種不同的高跨比，在配筋以及截面受剪承載力方面也有明確規定。所以應通過適宜的方法進行連梁的塑型調幅，盡量促進剪力設計值的降低，規避裂縫現象的發生。另外，也要加強對連梁的鉸接管理。

4.3 底部加強部位的設計

對于高層剪力墻結構以及底部帶轉換層的高層建筑結構而言，其底部加強部位高度應該合理設置。在發生地震時，地下室的地下樓層通常為屈服部位，另外，地下一層也會受到地震作用的一定干擾影響，所以，其抗震等級應該進一步加強，換言之，加強部位應將地下一層也囊括在內。同時應該在地下一層進行約束邊緣構件的有效設置，以滿足相關規范的要求和標準。

4.4 剪力墻結構抗震薄弱環節的設計

對于抗震薄弱環節而言，應該通過行之有效的具體的抗震構造措施以及概念設計進行強化，尤其是一些底部外圍、角點處、外邊緣的連梁以及小墻肢極易受地震作用的影響發生開裂、變形、破壞等現象，更應該通過科學合理的措施進行適當的處理。

5 總結

總而言之，在普通高層建筑剪力墻結構的設計過程中，應該全面地考慮實際工程的特點和具體的情況，以謹慎認真的心態精準的計算剪力墻的受力狀態，同時進行系統的分析，在設計時應正確認識并重視其破壞形態，以提高結構的穩定性以及安全性。除此以外，還應透徹的掌握并有效地運用相關的規范規定，提高自身對結構概念的認識，以不斷地增強普通高層建筑的安全性與經濟性。

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