（上海市政工程设计研究总院集团第六设计院有限公司）
【摘 要】剪力墙结构是高层建筑的重要结构体系，在高层建筑中得到了非常广泛的应用，也推动了我国建筑事业的不断发展。本文阐述了高层剪力墙的布置原则，结合实例对高层建筑剪力墙结构设计进行分析，并提出了优化高层建筑剪力墙结构设计的措施，以供借鉴参考。
【关键词】高层建筑；剪力墙结构；布置原则；设计；措施
剪力墙是指主要承受风荷载或者是地震作用所产生的水平剪力的墙体。剪力墙又称为抗风墙和结构墙。房屋或者构筑物中主要承受风荷载或者地震作用引起的水平荷载的墙体，防治结构剪切破坏。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。
一、高层剪力墙的布置原则
1、剪力墙在布置设计上不能太密集,要使整个结构具有合适的侧向的刚度,如果侧向刚度比较大的话,不仅会加大墙体本身的重量,还会使其在地震中所受的地震力变大,容易发生倒塌事件。
2、在设计剪力墙的时候,最好沿主轴的方向多向或者双向布置,在不同方向的剪力墙最好联结在一起,要注意尽量避免对直或者拉通;在进行抗震设计的时候,要使两个方向的侧向刚度相接近,而剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单。剪力墙在分布上要均匀,数量要适当。
3、剪力墙在竖直方向要从下到上做连续的布置,避免发生刚度的突变情况。在高层建筑中,剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单,剪力墙在竖直方向的刚度要均匀,剪力墙的门窗或者洞口要形成明确的墙肢和连接梁。要避免墙肢出现刚度相差悬殊的洞孔设计,在进行抗震设计的时候,一级、二级和三级抗震等级的剪力墙都不能采用叠合的错洞墙。
4、如果剪力墙的长度比较大的时候,可以通过开设洞口的方式来把墙分成几个均匀的独立的墙体,每一段墙体的长度不能大于8m。
5、剪力墙的洞口或者门窗要上下对齐,不能错位,成列布置。要避免使用叠合的错洞墙或者错洞墙,这样都会影响剪力墙的承重能力,容易发生应力变形。
6、在剪力墙和平面以外的方向的梁体连结的地方,要加强剪力墙平面之外的抗弯的刚度以及承载力,可以采取在墙内设置一些暗柱、扶壁柱或者和梁相互连接的型钢等措施,也可以用减小梁端的弯矩的措施来达到加强承载力和抗弯能力的目的。例如:可以设计成铰接或者是半刚接的形式。
二、高层建筑剪力墙结构设计案例
某项目抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。当地50年基本雪压为0.9KN/m2，50年基本风压为0.6KN/m2。
1、该项目的高层住宅建筑高度53.2米，地上18层。其设计难度在于应建筑采光和通风的要求在角部开设角窗，很大的影响了结构的扭转刚度，特别是对于地震作用下的结构计算，很难满足扭转位移比和周期比。 （1）在建模时，考虑了两种方法，一是直接在角部的两道剪力墙上开洞，形成角窗。但由于PKPM在处理时总会在角部加入一个很小的墙肢进去，导致计算结果的不可靠性，所以未采用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二种方法是把角部的两道墙都去掉，建两根挑梁，两根挑梁在角部相交，形成受力构件。挑梁的宽度同墙厚，挑梁高度同窗间墙。这样使得传力明确，计算结果也偏为合理。（2）调整模型满足抗震性能要求之后，在构造上也需要做加强措施。因为开设角窗会导致结构角部刚度减弱，抗扭刚度减小。其次角部的楼板由于没有竖向支撑，紧靠水平相交的两根挑梁作为支撑，也需要加强。另外挑梁由于互为支座，互相会对对方产生弯矩，并传至挑梁根部的暗柱，且随着结构的层数累积，在结构底部暗柱产生很大的弯矩。因此在设计时做以下加强措施：首先是楼板加厚为150mm，配筋双层双向，在楼板角部加斜暗梁；其次加强挑梁配筋，放大挑梁底筋，以防止挑梁内弯矩的调幅；另外挑梁端部暗柱长度至少要为600mm，以保证能够承受挑梁传来的弯矩，同时提高挑梁梁端剪力墙墙肢的抗震等级，以保证挑梁端部墙肢能够承受更大地震力。
2、该项目的多层住宅抗震等级为2级，考虑当地保温及防雪要求，先做一层水平屋面板，另设斜板做多坡屋面。（1）在建模时，第一种以坡屋面的平均高度作为层高建立一个标准层，梁板均按水平布置，此方法不能真实模拟结构形态，尤其忽略了斜板对结构刚度的贡献以及限量对结构产生的水平推力，是结构偏柔。第二种通过PKPM中的“梁两端标高”和“改上节点高”来布置斜梁，设虚梁短柱来传递荷载至下层柱顶。此方法能很好模拟斜梁对整体结构的影响，但容易造成有效质量系数小于90%及位移比大于1.5的情况。故设计时以第一种模型考虑抗震指标，第二种模型来考虑斜梁及柱的实际配筋，可以得到偏为保守的设计结果。（2）设计时，对于倾斜的屋面板采用双层双向配筋，并且按《坡屋面梁施工图“平面整体表示方法”制图规则和构造详图(03G101-补充)》的构造要求设计节点构造。
3、该项目多层及高层均有局部负2层地下室联通地下车库，多层采用强夯法处理天然地基承载力至200KPa，高层选取旋挖成孔后注浆灌注桩基础形式。在地下室基础底标高有高差的情况下做如下处理：（1）高的地下室基底压力，作为地面活载一样对低的地下室外墙产生侧压力，联通土压、水压及人防等效静载计算低的地下室外墙内力。（2）施工时一般低的地下室先挖土，靠高的地下室一侧放坡，待低的地下室结构施工到与高的部分基底标高时，采用低强度混凝土、灰土或砂石回填肥槽，此时回填材料应有足够的密实性，其承载力不能低于高的地下室基底土的承载力。（3）高、低两部分地下室，相互间基础的差异沉降应满足规范的允许值。
三、优化高层建筑剪力墙结构设计的措施
1、根据具体情况控制剪力墙的厚度：剪力墙的墙体如果太薄，那么其抗震能力以及负载能力一定会大打折扣，从而使整座建筑的相关参数不合格，工程质量受到极大影响，甚至可能会造成安全隐患，给人民带来生命和财产损失。剪力墙的墙体如果太厚，不仅缩小了住户可利用的空间，而且会造成浪费，给建筑商带来不小的损失。因此，在建设过程中，施工单位万万不能急于施工，而应根据具体情况，进行精确计算。
2、要根据具体情况，对剪力墙的连梁进行有效的调整，只有这样，才能保证剪力墙结构的稳定性，从而提高整个建筑的相关性能。出于对其进行规范的目的，国家出台了相关的法律规定，如《高规》中规定剪力墙长度不宜大于8m，当大于8m时，宜采用弱连梁将其分开。
3、尽量做到不出现独立的小墙肢且剪力墙刚度应适度：剪力墙结构本身就承载着较大的负荷，且延性不足，这种情况下，只有尽力做到将压力平均分配到每个墙肢上才能有效的提高结构的性能。因此，如果出现了独立的小墙肢，那么正如同木桶出现了短板，整个结构的负载能力就会大打折扣。并且，正如俗话所说：“刚则以摧”，所以如果剪力墙的刚度过大的话，其延性不足的特点就会突出的暴露出来。
结束语
随着高层建筑数量的增多，高层建筑剪力墙结构设计作用更加突出。高层建筑剪力墙结构设计的过程中，一定要明确设计的要点，采取有效的设计方法来提高设计的水平和质量，进而为高层建筑剪力墙施工奠定基础。
参考文献：
[1]王凤琳.高层建筑剪力墙结构的设计[J].山西建筑，2009，35，(10).
[2]蔡振钦.对高层建筑剪力墙结构设计探讨[J].科技信息，2010，(13).
[3]陈崇冈.高层建筑剪力墙结构的设计要点[J].中国高新技术企业，2010，(10).
论文作者:孙宏兵
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿
论文发表时间:2015/10/14
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 高层建筑论文; 地下室论文; 墙体论文; 弯矩论文; 《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿论文;