摘要：本文物理論文分析了剪力墻結構的受力特點，結構規范及概念設計的具體要求，對剪力墻結構設計的注意事項做一簡單總結。
　　關鍵詞：剪力墻結構，平面布置，豎向布置，抗側剛度，構造要求
　　論文正文
　　利用建筑物墻體作為建筑的豎向承重體系，并用它抵抗水平力，這種結構稱為剪力墻結構體系，同時，墻體亦作為維護及房間分隔構件。剪力墻的間距一般都在3~8米，適用于要求小開間的住宅、公寓及酒店式公寓等建筑。現澆鋼筋混凝土剪力墻結構由于其整體性好、剛度大，因而在水平力作用下側向變形小，由于墻體截面面積大，強度也比較容易滿足，適合建造高層建筑的要求，在30層以下的高層建筑中應用比較廣泛。
　　高層剪力墻結構承受的豎向荷載大，同時還要承受大的水平風荷載和地震作用，房屋的總高度雖然很高，但由于建筑日照要求進深尺寸和一般建筑差不多，因此造成高層建筑高寬比大，受力大，變形大，產生的次應力也比較大，而且，對一般建筑影響不大的因素，如溫度、收縮和徐變等在高層建筑中將產生的一些影響將不容忽視，在方案設計階段就應該注意這些特點。
　　剪力墻結構的平面布置，一般考慮以下原則：1.應滿足建筑使用要求，這是最基本卻是最重要的，因為我們結構設計所進行的一切工作，最終都是為了要實現建筑的使用功能。2.提高結構的總體剛度減少位移。隨著人們生活水平的提高，人們對居住環境的舒適性要求越來越高，位移過大會造成人們的心里不安全感。3.考慮抗震要求，尤其是抗震構造措施的要求。4.考慮沉降、溫度收縮及房屋體型復雜等因素對建筑的影響，合理布置和處理沉降縫、伸縮縫合防震縫。對于剪力墻結構的布置，《高規》7.1.1條明確規定，其布置應符合（1）.平面布置宜簡單、規則，宜沿兩個主軸方向或其他方向雙向布置，兩個方向的側向剛度不宜相差過大，抗震設計時，不應采用僅單向有墻的結構布置。（2）.宜自下到上連續布置，避免剛度突變。（3）.門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁；宜避免造成墻肢寬度相差懸殊的洞口設置；抗震設計時，一、二、三級剪力墻的底部加強部位不宜采用上下洞口不對齊的錯洞墻，全高均不宜采用洞口局部重疊的疊合錯洞墻。單片墻的長度不宜大于8米，一方面剪力墻的長度太長，將使結構的周期過短，地震力太大，很不經濟；另一方面剪力墻應該是高細的，呈受彎工作狀態，才能使剪力墻具有足夠延性，否則，剪力墻太長，形成低矮墻，就會由受剪承載力控制破壞狀態，剪力墻呈脆性，不利于抗震。
　　根據建筑的空間要求和結構的概念設計要求布置剪力墻，到底應該布置多少墻呢？布置的墻過少了，結構的剛度過小，在水平作用力的作用下，結構將產生過大的位移，還有可能引起比較大的二階效應，布置的墻過多可，無疑將增大結構的側向剛度，地震作用也將加大，而且給基礎造成的負擔也加重，肯定是不經濟的。一般，可以由結構的位移比、基本周期、剪重比來綜合衡量。剪力墻的厚度可以根據《高規》7.2.1或者《抗震》6.4.1條的要求，并考慮軸壓比的限值，具體可以參照《高規》7.2.13條要求執行。
　　對于豎向的剪力墻，《高規》3.5.1規定，高層建筑的豎向體型宜規則、均勻，避免過大的外挑和收進，而且《高規》3.5.3對結構的豎向規則性做了明確的規定。結構的側向剛度宜下小上大，逐漸均勻變化。具體設計時，普通剪力墻結構的剪力墻應在整個建筑的豎向延續，上應到頂，下要至底，中間樓層也不要中斷，剪力墻結構不連續會使結構剛度突變，對抗震非常不利。對于框支剪力墻及轉換剪力墻結構，應該《高規》第十章的具體嚴格執行。為避免普通剪力墻結構的剛度突變，剪力墻結構的厚度應該按階段變化，每次厚度減少宜為50~100mm，使剪力墻剛度均勻連續改變。厚度改變和混凝土強度等級的改變宜錯開樓層。為減小上下剪力墻結構的偏心，一般情況下厚度宜兩側同時內收。圍墻為保持外墻面平整，可以只在內側單面內收，電梯井因安裝要求，可以只在外側單面內收。
　　整體墻和整體小開口墻，在荷載作用下，剪力墻水平截面內的正應力分布在整個墻截面高度范圍內呈線性分布或接近于線性分布，僅在洞口附近局部區域有應力集中現象。這是剪力墻猶如一根豎向懸臂梁，在水平力作用下墻肢截面內的應力及墻肢變形可以用材料力學計算。當門窗洞口稍大時，兩個墻肢的應力不再是直線分布，但是偏離不大，可在應力直線分布的基礎上加以修正。雙肢墻和多肢墻，由于洞口較大，剪力墻是一系列由連梁約束的墻肢所組成，可以用連梁連續化方法近似計算。當剪力墻的洞口尺寸較大，甚至于洞口上下梁的剛度大于洞口側邊墻的剛度時，剪力墻的受力特性接近于框架，但它又不是普通的框架，因為此時梁、柱截面尺寸較大，在墻肢與連系梁的交結區有剛域存在，可簡化為帶剛域的框架，用D值法計算。如下圖所示：
　　所以一般在剪力墻的具體設計時，要求洞口宜上下對齊，成列布置，使剪力墻形成明確的墻肢和連梁。成列開洞的規則剪力墻傳力直接，受力明確，內力分布清楚，因而經濟指標較好，地震中不容易因為復雜應力而產生震害；錯洞墻洞口上、下不對齊，受力復雜，洞口邊容易產生顯著的應力集中，因而配筋量增大，而且地震中常發生震害。剪力墻相鄰洞口之間以及洞口與墻邊緣之間也要避免小墻肢，墻肢寬度與厚度之比小于3的小墻肢在反復荷載作用下，比大墻肢早開裂、早破壞，在剪力墻具體設計時，對于這種小墻肢應該按框架柱的構造要求執行。
　　水平力作用下，整體墻和整體小開口墻受力類似與豎向懸臂結構，根據剪力墻結構的受力特點，在計算的時候，一般可以按平面結構假定地算。樓蓋結構在其自身平面內剛度無限大，而在平面外的剛度很小，可以忽略不計，這樣，樓蓋將各片剪力墻連成一體，共同抵抗水平力，在樓蓋平面內有相對位移，當結構有扭轉時，樓蓋只能做剛性轉動。各片剪力墻在其自身平面內剛度很大，在其平面外的剛度很小可以忽略不計，這樣就可以將整個結構劃分為若干平面結構，共同抵抗與平面平行的水平荷載，垂直于平面方向的結構不參加受力，即橫向水平力由橫墻承受，縱向水平力由縱墻承受。當兩片剪力墻正交時，計算一個方向的剪力墻受力，另一方向剪力墻的一部分可以作為翼墻予以考慮，這樣計算更符合實際，因為縱橫墻在其交結面上位移必須連續，在水平荷載作用下，縱墻和橫墻是共同工作的。在結構設計的時候，不考慮扭轉影響的情況下，各片剪力墻承擔的剪力是按其剛度的大小分配的。在豎向荷載作用下，作用是靠樓板傳遞到墻的，根據樓板是單向板或雙向板受力確定樓板上的荷載是一個或兩個方向傳遞給墻，各片墻的豎向荷載按其受荷面積計算。豎向荷載除了在連梁內產生彎矩外，在墻肢內主要產生軸力。Pkpm在計算時，一般采用有限元理論分析，采用殼元來模擬剪力墻的受力狀態，在四節點殼元的基礎上，采用靜力凝聚原理構造了一種超單元，每個節點有六個自由度，其中三個平動自由度，三個轉動自由度，墻元不僅具有墻所在平面內的剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的真實受力狀態。
　　在剪力墻結構中，剪力墻布置的長短、位置對結構的整體信息都有較大的影響，尤其是周邊地方的剪力墻，一定要根據建筑的功能布局考慮，充分發揮剪力墻結構自身的優勢，做到結構布置合理，傳力直接。經過結構軟件分析后，根據總體信息，包括周期、位移、軸壓比及各層配筋具體情況、超配筋情況，經過多輪的優化調整，就相對比較優化。
　　在施工圖繪制的工程中，對于暗柱的配筋，不能單看各層構件的配筋，而要根據邊緣構件的情況，結合體積配箍率及抗震構造，尤其是對于底部加強區的約束邊緣構件，箍筋的直徑、肢距、豎向間距及縱筋的面積配筋率一定要注意滿足《高規》、《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》11G101-1和《建筑物抗震構造詳圖》（多層和高層鋼筋混凝土房屋）11G329-1的要求。對于梁的配筋，根據軟件的計算結果分析采用，再根據《高規》或《抗規》構造要求配筋。對于跨高小于5的梁按連梁設計，配筋的構造措施按《高規》7.2.27的要求，對于跨高比小于2.5的連梁，一定要注意其附加腰筋要滿足要求；對于跨高比大于5的梁按框架梁的構造要求執行。
　　剪力墻結構的基礎部分和一般高層的一致，天津地區一般采用灌注樁，布置樁的時候，盡量保證樁的整體中心和結構的剛心重合，而且要驗算樁抗壓承載力，樁身的承載力、抗震情況下的承載力。總之，剪力墻結構的高層現在越來越多，計算水平及手段也越來越成熟，作為一個結構工程師我們要不斷學習，將新的理念及研究成果應用到具體工程實踐中，同時多分析一些同行的優秀設計，多和同行溝通交流，多向經驗豐富的老專家請教，設計的明天一定會一天比一天好，希望我們大家一起努力！
　　參考文獻：
　　1.《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010中華人民共和國住房和城鄉建設部發布。
　　2.《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中華人民共和國住房和城鄉建設部和中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布
　　3.《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》11G101-1中國建筑標準設計研究院
　　4.《建筑物抗震構造詳圖》（多層和高層鋼筋混凝土房屋）11G329-1中國建筑標準設計研究院
　　5.《高層結構設計》趙西安編著中國建筑科學研究院
　　6.《高層建筑結構設計》黃子云袁志華主編中國鐵道出版社