高層建筑框架剪力墻結構設計的分析

武英俊 楊家寶

（1.西安有色冶金設計研究院有限公司 陜西省西安市 710000 2.陜西中弘建筑科技控股（集團）有限公司 陜西省西安市 710100）

1 引言

近幾年來，隨著城市化進程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結構的設計和應用受到了建筑企業的高度重視，剪力墻結構設計主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災害帶來的水平荷載。

2 剪力墻結構設計的基本原則

剪力墻結構的主要作用是為了提高縱向荷載和豎向荷載，因此它的設計和應用也是項復雜的工程。但在設計的過程中我們要從質量和經濟方面綜合考慮，不能為了減少資金投入而把質量安全拋之腦后，所以剪力墻結構要全面考慮一些位移限制值因素和一些荷載構件的組成，既要保證質量安全，也要保證經濟實惠。對剪力墻設計時，剪力墻的數量要符合我國相關部門規定的位移限制值，數量盡可能的減少到最小，也不能影響剪力墻所承受的傾覆矩力。接下來就對剪力墻結構設計的基本原則進行分析。

2.1 調整剪力系數最小原則

對剪力墻的結構進行設計時，盡量使它的框架布置減小，大開間剪力墻結構在高層建筑中是最完美的設計方案，它的側向荷載、剛性強度也是最佳。另外，盡量調整剪力墻的系數達到最小，但應符合規定的極限范圍。剪力墻所能承受地震引起的傾覆力矩不大于高層建筑底部承受地震引起的傾覆力矩的1/4，這樣既減少了高層建筑的自重，也減少了剪力墻結構所承受的壓力，更降低了自然災害帶來的風險，節約了投資成本。

2.2 調整樓層間位移和層高的比例

如果樓層所在的地區很容易發生地震，最大樓層位移的標準值計算出來之后，首先是可以保存在剪力墻結構的整體變形彎曲，但應先計入扭轉變形在計入以彎曲變形為核心的高層建筑中。扭曲變形和剪力變形是高層建筑建設過程中主要的考慮因素，更是整個建筑質量的主要不利因素。高層建筑剪力墻豎向荷載是由豎向樓層數量決定的，在施工中，建筑構件的多少來增強豎向的承受力是遠遠不夠的，還要從建設布局整體綜合考慮來減少建筑的扭轉變形，這樣樓層間的位移就不會因為樓層扭轉變形發生太大的變化。因此，在建設過程中，不要一味的認為樓層間的位移可以確定豎向荷載的強度，而應該減少豎向扭轉變形來增大高層建筑縱向方向的剛性強度、承受力，從而減小樓層之間位移變化的可能。

2.3 調整剪力墻結構設計的連續超限

高層建筑剪力墻結構的連續跨高會產生彎曲力矩及剪力太大超過了標準要求，會導致高層建筑出現斷裂和居住風險，所以一般剪力墻結構的跨度比控制在不小于2.5的范圍內。根據我國相關部門的嚴格規定，如果跨度比不大于或等于5時，連續梁是不允許被拆除的。選擇一個合適的跨度比也是高層建筑的關鍵，正確選擇跨度比可以減小彎曲力矩及剪力過大產生的可能，使整個高層建筑剪力墻的設計結構可以在規定的范圍內。在設計中對這方面嚴格要求，可以大大減少成本花費。在設計中，我們要綜合考慮設計過程可能出現的不利因素，不應該只要符合相關部門規定的標準就算完工，比如，建筑物的表面和建設均勻、剪力墻結構要和房屋中心有一定的距離，依次來保證高層建筑的抗變形能力。

3 高層建筑剪力墻結構設計的分析

3.1 剪力墻結構的厚度與配筋

根據我國建筑施工管理的相關規定，當發生地震等一些自然災害時，規定高層建筑剪力墻結構的抗震等級為8時，剪力墻的抗震等級為一、二級時，剪力墻墻底部分的厚度應該大于200mm，同時還要嚴格控制墻底加強部分的厚度不能小于或等于整個樓高的1/16，當剪力墻抗震等級為三、四時，它剪力墻底部分的厚度大于整個樓高的1/20，墻底加強部分的厚度不小于160mm，其他部位剪力墻結構的設計，墻底厚度不小于層高的1/25，墻底加強部分的厚度大于180mm。對剪力墻結構進行配筋處理時，高層建筑剪力墻使用的混凝土，它的配筋率應該大于25%，剪力墻底部加強部分使用的混凝土，它的配筋率應該大于30%，不同的部位混凝土的配筋率不同，以此來確保各個部分混凝土的剛性強度和抗壓性。另外，高層建筑框架剪力墻主要承受水平方向和豎直方向的壓力，因此水平方向配筋和豎直方向配筋是有不同嚴格的要求，一般情況下水平方向鋼筋的鋪設在外側，豎直方向鋼筋的鋪設在內側。高層建筑剪力墻水平方向的配筋是指建筑墻體水平方向鋼筋的鋪設，水平方向鋼筋的鋪設可以提高剪力墻的耐高溫性。對于一些建設面積較大的墻體，它的剪力墻配筋率要高一些，特別是大型建筑的連梁和一些受熱比較大的墻體，以此來確保高層建筑中剪力墻使用的穩定性。豎直方向提高混凝土配筋率是為了減小建筑墻體出現彎曲變形、扭曲變形的可能。豎向配筋應該首先增加剪力墻邊緣部分的配筋，而且配筋之間的距離需要保持在300mm以內，同時還要保證豎直方向的配筋率低于水平方向配筋率，這時剪力墻結構的抗剪能力就會大于抗彎曲變形力矩，以此提高了高層建筑剪力墻結構的抗震能力。表1就是我國某高層建筑有關剪力墻結構設計的相關內容。

表1 高層混凝土高層建筑結構的最大適用高度

3.2 大面超長剪力墻結構的整治

近年來，隨著大型建筑工程的增多，許多建筑工程都采用現澆剪力墻結構進行施工，但大部分剪力墻結構的伸縮縫都出現了不合格的現象，對于一些超長的剪力墻，它的伸縮縫間距特別大超出了規定的范圍，因此對于大面超長剪力墻結構的設計要符合規定設置的范圍還要設置溫度伸縮縫。因為溫度伸縮縫在高層建筑中起著關鍵性作用，溫度伸縮縫可以避免因溫度過大墻體產生變形、裂縫的風險。雖然伸縮縫可以減少墻體產生裂縫、變形的可能，但是還是有許多導致墻體裂縫、變形的不利因素，例如：剪力墻的面積越大、長度越長就會導致混凝土的用量增加，從而導致剪力墻結構的伸縮能力增加，最終就會導致了高層建筑出現彎曲變形、扭曲變形以及開裂，所以在設計過程中，我們要考慮各個方面的因素，把一切產生不利因素的可能降到最低。

3.3 剪力墻結構抗震能力的設計

高層建筑中剪力墻結構的設計對抗震能力起著關鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強度比較大，完全可以抵制小型地震。隨著高層建筑剛性強度的增加，它的抗震能力也隨著增加，但是成本投入也比較大，因此我們要對高層建筑進行合理的設計，爭取做到“低消耗、高效益”。接下來就從這兩個方面來提高抗震能力：①控制剪力墻結構水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規定的位移限制值。②地震力的控制；當地震力較小的時候，剪力墻結構的抗震能力和結構位移值會出現滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對位移、內力、配筋進行合理的設置才有意義，同時還要調整剪力墻結構底部的剪力系數，只有深入了解剪力墻結構的設計，才能全面提高高層建筑的實用性。

4 結束語

綜上所述，剪力墻結構在高層建筑的應用十分廣泛，但剪力墻結構的應用在實際設計中總是會受到許多不利因素的影響，促使剪力墻結構在高層建筑施工中會出現一些問題，所以相關工作人員要選擇一個最佳的剪力墻設計方案，在施工過程中加強管理力度，為提高高層建筑質量和安全性提供了有力的保障。