摘要：從剪力墻的特點及分類入手，介紹了剪力墻結構分析的模型及方法。并給出了相關設計的規定，最后通過工程實例對高層住宅剪力墻結構設計進行了分析。

　　關鍵詞：高層住宅,剪力墻,結構設計

　　1 剪力墻的特點及分類

　　剪力墻能較好的抵抗水平荷載。《建筑抗震設計規范》將其稱為抗震墻。剪力墻能有效抵抗水平荷載，具有以下主要特點：

　　(1)抗側剛度大，側移小;(2)室內墻面平整;(3)結構自重大，吸收地震能量大;(4)施工較麻煩，造價較高。剪力墻根據是否開洞和開洞大小，可以分為如下四類：

　　①實體墻：不開洞或開洞面積不大于15%的墻。受力特點：如一個整體的懸臂墻。在整個高度上，彎矩圖既不突變，也無反彎點，變形以彎曲型為主。

　　②整體小開口剪力墻：開洞面積大于15%但仍較小的墻。受力特點：彎矩圖在連梁處突變，在整個墻胺高度上沒有或僅僅在個別樓層才發生反彎點。

　　③)雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或洞口成列布置的墻。受力特點與整體小開口墻相似。

　　④壁式框架：洞口尺寸大，連梁線剛度與墻肢線剛度相近的墻。受力特點：彎矩圖在樓層處發生突變，而且在大多數樓層中都出現反彎點。

　　2剪力墻設計中的基本概念

　　(1)剪力墻高和寬尺寸較大，但厚度較小，幾何特征像板，受力形態接近于柱，而與柱的區別主要是其肢長與厚度的比值，當比值≤3時可按柱設計，當比值在3到5之間時可視為異形柱，按雙向受壓構件設計。

　　(2)剪力墻結構中，墻是一平面構件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力;在軸力、彎矩、剪力的復合狀態下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外，還必須滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求，墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞，因此，應注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。

　　(3)剪力墻的特點是平面內剛度及承載力大，而平面外剛度及承載力都相對很小。當剪力墻與平面外方向的梁連接時，會造成墻肢平面外彎矩，而一般情況下并不驗算墻的平面外剛度及承載力。因此應盡量避免平面外搭接，實在避免不了時應按規范采取相應措施，以保證剪力墻平面外安全。

　　(4)墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，求得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中，對帶翼墻的計算寬度按以下情況取小值：①剪力墻之間的間距;②門窗洞口之間的翼緣寬度;③墻肢總高度的1/10;④剪力墻厚度加兩側翼墻厚度各6倍的長度。

　　3工程實例設計分析

　　3.1工程概況及設計

　　某小區26層剪力墻住宅樓，總建筑面積約17143.4m2，建筑層高2.9m，建筑高度76.6m。

　　3.2設計數據

　　結構設計使用年限：五十年;建筑抗震設防類別：丙類建筑;建筑結構安全等級：二級;地基基礎設計等級：乙級;地下工程防水等級：二級;地下防水混凝土設計抗滲等級：P6 級結構抗震等級：1)上部高層采用鋼筋混凝土剪力墻結構，框架抗震等級為四級，剪力墻抗震等級為四級;2)地下室框架、剪力墻抗震等級均為抗震等級四級。砌體施工質量控制等級： B 級;鋼筋砼結構裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度對于一類環境類別(如上部結構)不大于0.3 ㎜、二類環境(如地下室、水池)為0.2 ㎜。

　　3.3結構平面布置

　　結構平面布置考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，盡量均勻對稱，減少扭轉的影響，建筑平面力求簡單規則，以減少震害。一般情況下在層數較多(20層以上)的高層建筑中常采用傳統的全現澆剪力墻體系。因為如采用短肢剪力墻體系，就使得結構較柔，結構頂點位移和層間位移不一定能滿足規范要求，底部剪力系數也偏低，結構趨于不安全。

　　3.4結構豎向布置

　　結構豎向布置方面，該項目高寬比H/B=5，符合抗震規范剪力墻結構6度設防小于6的要求。在抗震設計中要求結構承載力和剛度宜自下而上逐漸減小，變化均勻、連續，不要突變。該工程平面在豎向上沒有大的內收外挑情況，平面從底至頂一致。豎向剛度的變化主要表現在分段改變構件截面尺寸和混凝土強度等級，從施工方便來說，改變次數不宜太多;但從結構受力角度來看改變次數太少，每次變化太大又容易產生剛度的突變。

　　4 剪力墻結構設計計算原則

　　剪力墻結構設計時，應根據規范要求綜合考察結構是否合理，比如說剪力墻結構剛度不宜過大，應以規范規定的樓層最小剪力系數為目標，使計算結果接近規范限值(不小于限值)，同時要使樓層層間最大位移與層高之比滿足規范限值。其次，考察剪力墻底部加強區的軸壓比是否滿足(對抗震等級為一、二級的剪力墻)，剪力墻連梁是否超限等。要控制好結構扭轉為主的第一自振周期Tt 與平動為主的第一自振周期T1 之比，A 級高度的剪力墻結構不應大于0.9，B 級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85;在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A 級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應大于該樓層平均值的1.5 倍;B 級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。一般情況情況宜控制在1.2 左右，特別不規則平面也宜控制在1.4 以內。

　　5、主要計算結果

 

　　6剪力墻結構的設計要點

　　高層建筑最主要的受力構件包括剪力墻、框架柱、梁和樓板。而剪力墻作為豎向構件是形成結構抗側力剛度的最主要構件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力;在軸力、彎矩、剪力的復合狀態下工作，其受水平作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外，還需滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求，墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞。剪力墻結構的設計應從以下幾個方面考慮：

　　6.1 選擇有利的建筑形式，在抗震設計中，建筑平面應盡可能簡潔、規則，結構的剛心與質心相一致，以減少地震作用下結構產生的扭轉效應。剪力墻的方案布置、墻量的多少、墻片的大小應合理。由于底部框墻結構中的剪力墻屬低矮墻，其抗剪剛度相對較大，如果布置的墻肢較長、平面形式復雜，很容易出現局部剛度過大，受力過于集中的現象，甚至經常出現只布置極少的剪力墻就滿足上下層抗側剛度比限值的情況。因此在剪力墻布置方案上一定要堅持均勻、對稱、周邊、分散的原則，墻片不宜過長，應以墻片高寬比1.5 左右為為宜，墻片平面形式不宜采用提高抗側剛度的“L ”“T ”等平面形式，而是盡可能采用“一”字形。這是因為只有弱化每一單片剪力墻的剛度，才有可能實現均勻分散多道設防的目標。同時還應控制剪力墻的最大間距，以期符合規范的要求。縱向抗震墻還應在外縱軸布置開窗洞的抗震墻或剪力墻，這樣大大增強橫向抗傾覆的能力，避免邊柱產生過大的壓力和拉力。

　　6.2 結構的最大高寬比

　　A 級高度——非抗震、6 度、7 度、8 度、9 度抗震時，分別為6、6、6、5、4 B 級高度——非抗震、6 度、7 度、8 度抗震時，分別為8、7、7、6

　　① 質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響;其他情況，應計算單向水平地震作用的扭轉影響

　　②考慮非承重墻的剛度影響，結構自振周期折減系數取值0.9～1.0

　　③水平位移驗算： 多遇地震作用下的最大層間位移角≤ 罕遇地震作用下的薄弱層層間彈塑性位移角≤ 1/120

　　④舒適度要求： 高度超過150m 的高層建筑，按10 年一遇的風荷載取值計算的順風向與橫風向結構頂點的最大加速度限值為：住宅、公寓0.15 m/s2，辦公、旅館0.25 m/s2。

　　7剪力墻結構的厚度和配筋問題

　　(1)根據抗震規范6.1.2條規定，8度地震區剪力墻結構的抗震等級至少應為二級：按6.4.1條要求剪力墻底部加強部位墻厚一、二級抗震等級時≥200mm，且≥層高的1/16，其他部位≥160ram，當墻端頭無翼墻或暗柱時≥層高的1/12。以上規定目的是為防止因墻體平面外剛度過小，穩定性差，容易在偏心荷載作用下壓屈失穩，但這些規定對于8度地震區的多層及低高層剪力墻結構顯得不夠合理。例如5一15層的剪力墻結構，一般墻肢在重力荷載代表值作用下軸壓比都小于0.2，電算結果墻體往往只需要構造配筋，但只因底部功能要求層高3.54.2m時，則墻厚需要320—350ram，顯然不合理。所以，像這樣特殊情況的低多層建筑不應要求死扣規范，而通過采用概念設計分析，控制墻肢軸壓比，進行墻體截面條件、強度和穩定性驗算并在構造上適當加強暗柱或配筋，保證其整體性連接等措施，是可以使墻厚減小的。(2)墻體的配筋率。目前在<砼規>11.7.1l條文強制規定在一、二、三級抗震等級的剪力墻中，豎向和水平分布筋的最小配筋率均≥0.25%;部分框支剪力墻底部加強部位的配筋率≥0.3%;這配筋率比其在20世紀80年代前的配筋率0.07%～0.1%要大多了，和國外的配筋率0.1%一0.25%的高者基本接軌，這在高層或者較長的剪力墻結構中應該是合理的，但對于低矮、短小的剪力墻值得探討.墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現后發生脆性剪切破壞，同時起到抵抗溫度應力防止砼出現裂縫，設計中當建筑物較高、較長或框剪結構時配筋宜適當增加，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當增加。但對于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否適當減小值得探討。

　　8、結語

　　綜合上述案例可知, 關于高層住宅建筑中剪力墻結構的設計,文章主要從剪力墻結構的布置、計算分析、構造要求及結構設計中應注意的問題這幾個方面進行論述。目前,隨著高層建筑的逐漸發展和人們對住宅使用功能要求的逐步提高,由于剪力墻結構可以靈活布置,可落地也可帶轉換層,房間內不會出現露梁露柱的現象,且剪力墻的抗震性能也優于異形柱剪力墻結構,因此在設計中根據其受力的特點,充分掌握和了解其受力特點和破壞機理后,并選擇合理的布置形式,正確掌握計算分析方法,它將在多、高層的住宅中有著廣闊的發展前景。

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