摘要： 剪力墙结构由于其抗侧刚度大、侧移小和抗震性能好等特点，被广泛用于现代建筑结构设计中，尤其是高层建筑的结构设计。但在设计中，对剪力墙位置的具体布置、截面形状和尺寸等是否合理，相关的规范没有明确的规定，通常是由结构工程师根据经验来设计的。因此，在结构设计过程中可能会存在设计偏于保守等现象或设计不合理等情况，造成一定的浪费或结构安全性不够等。为此，本文作者结合自己的从事相关工程的经验，对剪力墙结构设计中的相关问题进行了简单的探讨。
关键词：剪力墙；结构设计；建筑结构；设计应用
1高层建筑剪力墙结构设计计算原则
1.1楼层最小剪力系数(剪重比)的调整原则
在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过加％的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值(不小于限值)。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。
1.2剪力墙连梁超限的调整原则
剪力墙连梁的跨高比不宜小于2．5，跨高比小于2．5的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。《高规》规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在5―6之间时，若连梁刚度不折减则也容易出现剪力或弯矩超限。本人认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价也有非常明显的影响，即将跨高比不大于5的连梁(刚度需折减)和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁(刚度不折减)，而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，能节省工程投资。
1.3楼层层间最大位移与层高之比(位移)的调整原则
指规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的，但竖向构件足够多(剪重比偏大)而布置不合理，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层问位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。
2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
2.1剪力墙合理定位
剪力墙最好沿主轴方向或其他方向进行双向布置；对于抗震设计的剪力墙结构应特别避免仅单向有墙的结构布置形式。1)对一般的矩形、L形、T形等平面则沿着两条轴线的方向进行布置。2)对于部分j角形平面、Y形平面则可以沿其三个轴线方向布置。3)对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。总之剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的抗侧力刚度不宜过大。为充分发挥剪力墙的抗侧力刚度和承载能力，增大剪力墙可利用空间，剪力墙的间距不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度。判断结构侧向刚度与剪力墙数量的适应程度，可以选用经验公式T=(0．05―0．06)n，其中n为结构层数。公式计算出来的T1值与搭模计算的周期T2相比较．TI>T2则表示剪力墙偏多，可适当减少剪力墙数或开些适合的大洞来减小墙的刚度，反之则需要增加剪力墙数量。
2.2剪力墙厚度确定
《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文献f“：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200mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的l，20，且不应小于160ram；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无支长度的1／20，且不应小于160mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／25，且不应小于180ram。”对于笔者前次设计的康定住宅楼，位于9度区，属一级抗震剪力墙，故1、2层底部加强部位剪力墙厚度采用250mm，3～12层剪力墙厚度采用200mm。
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2.3剪力墙中大墙肢处理
剪力墙的结构必须具备延展性，对于呈细高状的剪力墙(高宽比大于2)很容易被设计成弯曲破坏的延性剪力墙，这样一来可以避免受到脆性的剪切破坏。在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。这种方式主要适用于地下室外墙等不易实施开洞的项目。
3连梁设计
3.1连梁的作用
在剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连梁产生内力，同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用，改善墙肢的受力状态。因此，连梁对于剪力墙结构尤为重要，在起到连接墙肢作用的同时，还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。
3.2连梁设计的处理方法
在带连梁的剪力墙设计中，连梁的跨高比和截面尺寸受到许多因素的影响，设计不当经常出现连梁承载力超限或连梁截面不符合设计要求的情况，设计时可从以下方面考虑。
3.2.1对连梁的刚度进行折减
连梁由于跨高比较小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减小，内力重分布。因此，在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。高规中解释说高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析，但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。因此，可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂(刚度降低)而把内力转移到墙体上。通常，设防裂度低时可少折减一些(6、7度时可取0．7)，设防裂度高时可多折减一些(8、9度时可取0.5)。但折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力。
3.2.2增加剪力墙洞口的宽度、减小连梁高度
增加剪力墙洞口的宽度，即增加连梁跨度，减小连梁高度，其目的是减小连梁刚度，同时由于减小了结构的整体刚度，也就减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。
3.2.3增加剪力墙的厚度
增加剪力墙的厚度，即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。由于剪力墙的厚度增加后，地震作用所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁抗剪承载力不超限。
3.2.4提高混凝土等级
提高剪力墙的混凝土等级，其弹性模量增加的比例远小于混凝土抗剪承载力提高的比例，因此也有可能使连梁的抗剪承载力不超限
总结：总之，在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计层面满足高层建筑的样式创新、功能需求以及结构安全性，追求新的结构形式和更加合理的模型将是未来的目标和方向。工程设计人员也必须充分理解新规范编制原理，将新高规和新抗震规范和工程实际情况紧密结合，不断提高工程设计水平。
参考文献：
[1] 王春伟. 高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J]. 黑龙江科技信息, 2017,(23)
[2] 张彦彬. 试析高层建筑工程的转换层结构设计[J]. 黑龙江科技信息, 2018,(16)
论文作者:孙亚东
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/19
标签：剪力墙论文; 刚度论文; 结构论文; 结构设计论文; 截面论文; 不应论文; 内力论文; 《防护工程》2019年10期论文;