发布时间：2022-10-05 10:06 热度：
摘要：剪力墙结构作为高层住宅建筑常用的一种结构形式，广泛应用于目前高层住宅建筑钢筋混凝土结构中。本文从剪力墙的基本概念及特点谈起，分析了剪力墙的分类及高层建筑的剪力墙结构受力特点，最后指出了高层住宅剪力墙结构设计需关注的要点。
关键词：高层建筑;剪力墙;结构设计
前言
剪力墙结构相对于框架结构，更广泛应用于高层住宅建筑中，由于其刚度大，能有效地减少侧移且具有较好的抗震性能，另外，室内主体结构简洁，很少露梁、露柱，外形美观，便于室内布置，使用功能更好，为住户的自行改造增大了灵活性，加大了使用面积，因而广泛受到建筑师和业主的欢迎。但由于剪力墙受力特点所致、以及剪力墙平面布置差异带来的经济问题，剪力墙结构在设计时要注意许多问题。
1.剪力墙的基本概念及特点分析
1.1剪力墙的基本概念
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构，这种结构在高层住宅建筑中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件，同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力，在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁，在地震作用或风载作用下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。
1.2剪力墙结构的特点
剪力墙是一种能较好的抵抗水平荷载的墙。剪力墙由于能有效抵抗水平荷载，因此在总体的墙面结构上具有以下特点：抗侧刚度大，侧移小;室内墙面较为平整;结构自重大，吸收地震的能量大;一般剪力墙的墙肢截面高度与厚度之比很大，在水平荷载的作用下，通常抗剪刚度起控制作用，故其耗能较差。所以它常常应用在层数较多(20层以上)的高层建筑中，当剪力墙洞口较小时，剪力墙整体性能比较好，剪力墙截面弯曲破坏极限承载力可以按照全截面抗弯计算。另外，采用剪力墙结构，会使室内较框架结构简洁，没有露梁和露柱现象，外形美观，便于室内布置。但也存在缺点，例如剪力墙结构的抗侧刚度大，会引起较大地震反应，使得上部结构和基础费用增加;由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，进而造成浪费;剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥;剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率均较低，使得结构延性较差。
2.剪力墙的分类及高层剪力墙结构的受力特点分析
2.1剪力墙的分类
剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同，影响其受力特点，内力分布和变形状态，按其开洞的情况，可分为整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。
(1)整截面墙：剪力墙不开洞或洞口面积小于总面积16%，且洞口长边尺寸均小于洞口净距及洞口至墙边的净距，受力性能类似整体的悬臂构件，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。
(2)整体小开洞墙：当剪力墙洞口上下对齐成列布置，洞口稍大，形成明确的墙肢和连梁，墙肢和连梁刚度较均匀。受力性能也可按整体悬臂构件考虑，并应考虑墙肢的局部弯矩水平荷载引起的整体弯矩的85%以上，由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡，局部弯矩不超过整体弯矩的15%。
(3)联肢墙。当剪力墙的洞口沿竖向成列布置洞口面积超过墙体总面积的16%，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。
2.2高层剪力墙结构的受力特点
(1)轴向变形。高层建筑的竖向荷载一般较大，会在竖向构件中引起相当大的轴向变形从而影响连续梁弯矩，同时还会影响预制构件的下料长度。因此必须考虑轴向变形计算值，对下料长度作相应调整。
(2)水平荷载。对于一定高度范围的高层建筑而言，竖向荷载基本固定不变，而包括风荷载与地震作用的水平荷载的数值，则会随结构动力特性的区别而发生较大范围的变化。
(3)侧移的控制。结构侧移是高层建筑结构设计的关键。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形会随着建筑高度的升高而迅速增大。基于这一原因，水平荷载作用下的侧移必须严格控制在一定范围内。
(4)结构延性。高层建筑比矮层楼房的结构更柔和，因此遇到地震等剧烈震动时所发生的形变会更大。为保证建筑在塑性变形阶段中仍能具备强变形能力，必须在结构设计上采取相应措施以保证结构的延性。
3.高层住宅建筑剪力墙结构设计需关注的要点分析
剪力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载。高层剪力墙结构的设计应注意以下几个方面。
3.1剪力墙布置
剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且x、y 两向的刚重比接近。在结构布置时应尽量避免仅单向有墙的结构布置形式，以使其具有较好的空间工作性能，并且使两个受力方向的抗侧刚度接近，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的2.5 倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件两个方向均应布置成长墙。当剪力墙平面布置有较大的凹槽时，应通过在凹槽处设置拉梁或连接板来控制结构扭转，建筑平面布置有转角窗时，应在转角窗墙肢端通高设置约束边缘构件和在楼板内设置暗梁做加强处理。
3.2剪力墙厚度确定
剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，其门窗洞口最好成列布置、上下对齐，形成明确的连梁和墙肢。避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，在抗震结构设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位最好不要采用错洞墙， 二、 三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。 《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸，具体规定如下：“按一、 二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的 1/16，且不应小于200 mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/20，且不应小于160 mm;按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙元支长度的 1/20，且不应小于160 mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/25，且不应小于180 mm。”
3.3注重转换层结构设计
高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部 、中部和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力。设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构应当慎重设计，由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高。调整转换层本身及其上下的刚度比使之接近是必要的， 转换层本身的刚度和质量不宜大。最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀，宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能.
3.4优化连梁设计
根据《高规》在连梁设计方面的规定，对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况。在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定，为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值，塑性调幅可采用两种方法。(1)在内力计算前将连梁刚度进行折减，进行地震作用效应计算时折减系数不宜小于0.5;非地震效应计算时应慎重折减，必要时可不进行连梁刚度折减。(2)在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数，无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝，同时要注重连梁的铰接处理。
3.5底部加强部位的设计
在剪力墙结构设计时，根据《高规》规定：一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值;部分框支剪力墙结构的底部加强部位高度，应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层。同时将影响到地下1层，此时地下1层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件
3.6 剪力墙墙体配筋设计
一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范要求的最小配筋率即可。高层剪力墙结构的竖向和水平分布钢筋不应单排布置，截面厚度不大于400mm时可采用双排配筋，大于400但不大于700时宜采用三排配筋，大于700时宜采用四排配筋。双排钢筋之间设置拉结筋间距不大于600，直径不应小于6mm，底部加强区部位应适当加强。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下为增大墙体计算有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。
结束语
总之，由于剪力墙结构简洁、宽敞，使用功能好，为住户的自行改造增大了灵活性，加大了使用面积，在高层住宅中的运用将会越来越广泛。同时高层建筑对剪力墙的结构设计要求越来越高，所以在进行剪力墙结构设计时，应在认真分析剪力墙结构设计中应关注的要点的前提下，根据具体工程的特点，掌握规范的结构概念，对其剪力墙的受力状态进行正确的计算分析，只有在这样正确的剪力墙结构设计的指导下，才能设计出可靠的建筑。
参考文献
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