高層住宅結構中剪力墻的應用結構設計技術

田海澤 李建國 張建偉 楊悅輝

【摘要】在對剪力墻結構的特點進行分析的基礎上，探討了當前常見剪力墻結構的主要形式。同時，結合高層大空間住宅建筑結構的建設需求，分析了剪力墻結構的實際應用技術措施，對保證大空間住宅建筑的整體結構穩定性具有一定的意義。

【關鍵詞】剪力墻；大空間住宅；高層建筑

隨著人們對住宅建筑外部環境要求提高的同時，對住宅內部空間的要求以及分割的合理性要求也在提升。為了滿足各個家庭人口結構、生活需求、文化需要等的差別，需要保證建筑內部空間較大，且可改。而這與傳統的建筑結構形式存在一定的沖突，如何在滿足大空間使用需求的同時保證建筑結構具有足夠的強度和抗震性能是一個重要的問題。這時，采用剪力墻結構是一個良好的解決方案。當前，剪力墻結構在大開間住宅建筑中得到了一定的應用，且技術逐漸成熟。因此，探討剪力墻結構的主要特點，并分析其在大空間住宅建筑中的應用，對推廣剪力墻結構的廣泛應用具有積極意義。

1、剪力墻結構的優勢

建立墻結構的優勢主要存在這樣兩個方面：① 整體性較好，由于剪力墻結構是整體向上的結構形式，其具有整體性好、側向剛度大的特點，不但能夠傳遞水平結構件傳遞過來的垂向載荷，而且能夠有效的抵御風載荷以及地震水平力的作用，而且在高層住宅建筑遇到地震等作用時能夠產生較好的變形能力；② 施工工期較短，剪力墻在建筑結構中能夠充當傳統框架式結構的梁柱作用，而且其自身也能夠作為建筑物的承重墻、隔墻等，在增加建筑內部空間的同時，還能夠省卻大量的傳統梁、柱等結構構件，使得建筑工程施工更加簡便，能夠有效的減少模板施工工作量，從而降低施工周期。

2、常見的剪力墻結構類型

根據剪力墻結構的形式可以將剪力墻結構分為純剪力墻結構、框支剪力墻結構以及框架剪力墻結構三種基本類型。其中，純剪力墻結構就是指剪力墻構成的結構體系；而框支剪力墻結構則是在建筑底部位置需要大空間時，在底層通過設置框架柱結構來替代剪力墻結構，便于底層商業用途。但是，這種結構所能夠承受水平載荷的能力受限，在地震頻發的區域應該避免使用；框架剪力墻結構則主要應用于局部大空間結構中，通過在局部使用框架結構的方式來替代剪力墻，不但能夠保證建筑結構的整體側向剛度，而且能夠滿足高層建筑局部大空間的使用需要，使得建筑物空間結構呈現多樣化趨勢，當前高層大空間住宅多采用該種剪力墻結構形式。

3、基于大空間需求的住宅剪力墻構造技術措施

3.1 合理設置底層框架柱網

在設計地層剪力墻的過程中，必須對底層框架結構進行充分選擇。在設計過程中，為了保證地層剪力墻結構的整體穩定性，最好選擇全框架式作為基本結構，若不能滿足使用需要，則可以適當選擇框架形式的結構予以替代，這時通常在處于內部橫縱軸線的內外墻體當中建造對應的柱體，使得其在縱向和橫向兩個方向上保持整體均勻性，形成一個穩定的結構。同時，底部框架結構設置的柱網不能過大，通常保持在7.5m左右，且框架梁的懸墻數不得超過一道。

由于當前高層住宅建筑首層通常為商用或者架空層，因此其跨度一般較大，通常跨度對應的上層開間為4.2m+3.3m或者4.5m+3.3m，該種設置形式基本能夠滿足上部建筑結構的開間需要，且能夠保證砌體結構的基本強度設計。在設置底部框架梁的橫斷面高度時，其取值要保證在梁跨的1/5～1/8范圍內，在設計的過程中必須結合實際工程情況對柱網具體尺寸進行有效控制。若尺寸過大，會使得后續施工過程中框架結構的梁斷面和鋼筋等超過載荷；若設置的懸墻數量過多，則會導致結構問題加劇，在設計過程中要引起注意。

3.2 對剪力墻結構進行對應的優化

3.2.1空間結構合理

在剪力墻結構中，剪力墻宜沿主軸方向布置，形成空間結構；抗震設計的剪力墻結構，應避免僅單向布置剪力墻，并宜使兩個受力方向的抗側剛度接近，以使其具有較好的空間工作性能。剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，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，使其結構具有適宜的側向剛度。

3.2.2 建立墻垂向剛度必須均勻

為了確保剪力墻垂向剛度均勻，必須保證剪力墻的墻肢截面簡單且規整，并使得剪力墻門窗洞口上下均勻對其，并成列進行布置，最后形成清晰的墻肢、連梁分割，使得載荷應力整體分布更加均勻，保證設計結果的安全可靠。在設置洞口的過程中，應該盡量避免墻肢的剛度相差過大，或者在洞口的布置過程中出現錯洞、疊合錯洞等問題，并確保墻體內部的配筋以框架式結構形式設置。

3.2.3 針對長剪力墻采取對應的結構布局措施

對于長度相對較長的剪力墻，可以采取開設洞口，或者將之分為若干長度段的墻段，并且在沒兩端墻體之間使用弱連梁進行連接，并保證每一個獨立墻段的整體高度與截面高度比要小于2，從而避免剪力墻因為脆性問題而導致剪力破壞。尤其是在住宅抗震設計過程中，要避免在洞口和墻邊，兩個洞口之間所構成的墻肢截面高度與厚度之間的比要小于。若小墻肢的截面高度小于墻體厚度4倍時，則應該適當的對箍筋進行加密處理。

3.2 合理調整樓層的最小剪力系數

在保證住宅建筑的抗震能力極差上，應該盡量減少剪力墻的數量，從而使得剪力墻有足夠的空間，并保證墻體結構的側向剛度足夠的前提下，最大程度的減少樓層的最小剪力系數，使得其接近對應規則的限制，從而達到降低結構重量，減小地震力作用以及降低工程造價的目的。

3.3 優化建筑層高與樓層的最大位移比

基于當前高層住宅建筑的相關規定，在設計高層住宅建筑的過程中，為了能夠盡量減少高層建筑的扭曲變形，在合理增加垂向構件的剛度的同時，不但要考慮到層間的位移，還應該結合實際的工程設計情況進行對應的設計。但是，部分設計人員在發現住宅建筑的層間位移比與設計標準不相符時，會采取增加構件側向剛度的方式，而沒有考慮到建筑結構的剪重比。當剪重比較大時，應該適當降低對應側的結構剛度，從而達到減小地震作用的目的，取得較好的建筑結構優化效果。

3.4 調整建筑側向剛度和抗扭剛度

為了保證結構的扭轉效應得到控制，在計算建筑結構扭轉作用的過程中，必須考慮偏心力對建筑結構的影響，因此在設計過程中應該考慮結構平面的整體規則性。同時，在調整建筑側向剛度和抗扭剛度時，要保證建筑具有較強的抗扭能力，使得建筑結構的平面具有對應的規則性。

參考文獻：

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