淺談剪力墻結構在高層建筑中的設計與應用

【摘要】本文結合筆者多年高層建筑剪力墻體系設計經驗，詳細闡述高層建筑剪力墻體系設計的內容，剖析了剪力墻體系布局標準與結構特點，并對剪力墻體系的應用進行詳細說明，對實現剪力墻結構設計合理化、科學化、經濟化奠定良好基礎。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻；設計要點

前言：

剪力墻體系具有整體性優、剛度強等特點，因此高層建筑常用剪力墻結構，該結構形式充分結合隔墻與承重墻的合理布局特點，且剪力墻體系與框架結構相比，一般不會出現梁、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大規模的應用，社會大眾對剪力墻結構設計要求進一步提高。盡管《高層建筑混凝土結構技術規程》對剪力墻結構的類型選擇、布置等進行初步規定，但我們設計人員仍需要結合建筑工程實際條件，加強剪力墻結構設計與優化。

1.剪力墻體系布局標準

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，嚴禁出現一端多一端少的情況。由于剪力墻在實際受力中承受較大的水平作用力、豎向軸力，因此在結構計算中其墻體應當滿足延性變形與抗剪切的要求，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。剪力墻在高層建筑中不僅作為承重構件，同時也是抗側力構件，設計人員需要充分理解構件的受力性質。

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，剪力墻體系往往適用于如高層住宅小區、大型酒店等。

（2）缺點：高層建筑剪力墻體系往往整體的自重偏大，且建筑平面布置空間存在局限性，為了滿足部分住戶對大空間的需求，把剪力墻轉化為其它結構形式如框架-剪力墻、框支-剪力墻等。除此之外，剪力墻體系與其它體系相比其整體施工成本較高，施工難度也較大。因此，投資方為了控制施工成本，往往要求設計單位盡可能降低含鋼量。由于剪力墻是由混凝土整體澆筑，住戶在改造空間時受到約束，無法滿足個性化的空間要求。

2.高層建筑對剪力墻厚度與墻肢的應用要求

2.1剪力墻厚度

根據《建筑抗震設計規范》的規定要求，剪力墻厚度除了要滿足結構計算要求外，還應當滿足基本的構造要求。剪力墻的構造厚度跟其抗震等級、是否在底部加強區、層高或無支長度、有無端柱或翼墻等有關。比如某高層建筑抗震等級為一、二級，其底部加強區部位的剪力墻，墻厚不應小于200mrn且不宜小于層高或無支長度的1/16，無端柱或翼墻時不宜小于層高或無支長度的1/12。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，墻肢長度一般少于8米，因此在剪力墻結構計算過程中設計人員應保證剪力墻體系延性，避免剪力墻在受力過程中出現脆性破壞。根據高規要求，剪力墻高寬比宜大于等于3，這樣能夠提高剪力墻的整體延性，在抗震過程中其發生彎曲破壞。在以往設計過程中，有時會遇到墻體過長的情況，為了確保墻體的高寬比值大于等于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，筆者認為宜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，以推動剪力墻設計科學化、規范化。設計人員應當選擇合理的結構設計方案，結合地理位置、功能需求、施工因素與材料等，最終決定合理的結構設計方案。

3.1調整層間最小剪力系數

為了避免剪力墻結構受到罕遇地震的破壞，設計人員應控制剪力墻結構自重，盡量控制剪力數量，對于短肢剪力墻對應第一振型傾覆力矩應當低于地震傾覆總力矩的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調整層間最大位移

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，設計人員在對剪力墻體系進行多地震作用計算過程中，其樓層最大層間位移時以樓間彎曲變形為主，對于主體結構產生的扭轉變形同時計入。對此設計人員應當控制高層建筑產生的扭轉變形，但不能因為過分控制層間位移而忽視豎向構件剛度。因此，設計人員在高層工程設計過程中，有部分設計人員因某方向的層間位移不能符合規范限值要求，而盲目提高側向剛度。雖然該措施能夠解決層間位移的相關問題，但設計人員往往疏忽了該建筑結構產生的剪重比。假設剪重比滿足規范要求，方案可行。如果剪重比超出規范設計要求，設計人員需要學會調整另一端結構剛度，確保剪重比符合規范限值要求，且地震作用也能得到控制，從而能夠達到預期的設計效果。

4.1加強大墻肢的結構處理

在設計過程中，應提高剪力墻結構的延性，設計人員應重視剪力墻結構整體性工作。設計人員對于墻肢較長的剪力墻設計，不僅應滿足承載力要求，還需進行分層設計，將其分割成為均勻單元。對于較短墻肢，在受彎條件下出現的裂縫較小，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8米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的優化措施實現結構受力均衡，這不僅能夠提高剪力墻結構安全度，還能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。在施工驗收時，設計人員應積極配合相關部門，做好本份工作，保證剪力墻的質量與安全，從而實現藍圖到實體的有效建設。

結束語：

綜上所述，我國城市建設速度不斷加快，規模不斷擴大，剪力墻體系在高層建筑結構中得到廣泛應用。增強剪力墻結構抗震性，提高剪力墻結構的安全性，是廣大設計人員需要考慮的問題。設計人員需要結合建筑工程的實際條件，制定科學的剪力墻結構設計方案，熟練掌握規范的設計要求與標準，確保建筑物整體設計能夠滿足規范要求，從而有力促進我國建筑行業的可持續發展。

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