上海城乡建筑设计院有限公司
摘要：在我国经济快速发展与技术水平不断提高的同时，剪力墙以其良好的抗震性与抗侧刚度获得了建筑师的青睐，这就使得剪力墙结构设计在建筑设计行业中得到了广泛应用。本文将从剪力墙经济性对其进行了简单的探讨。
关键词：剪力墙结构；经济性；
1工程简介
1.1工程概况
本建设项目为浦东新区三林镇动迁房项目，南至 芦恒路、东面至东明路、西侧接林溪路、北侧为金溪路。用地内主要为布置为17层住宅以及1层的相关配套服务用房。06-01地块总建筑面积为116573.11平米，其中地上建筑面积92133.11平米，地下建筑面积为24440.0平米。
本项目总住宅建筑面积100%为预制装配式剪力墙结构住宅，住宅单体预制装配率不低于40%。与地下车库连接的建筑嵌固端设在地下车库顶板或±0.000。未与车库连接建筑，如为单塔嵌固端设在基础顶；如为双塔嵌固端设在±0.000。具体如下表：
1.2预制构件范围
十七层住宅结构体系采用混凝土剪力墙结构。预制结构体系采用外挂PC墙板（非承重）。预制构件有剪力墙、非承重外墙、楼梯段、凸窗、整体阳台、叠合梁、叠合板、空调板等。
PC墙板（非承重）厚度200mm。采用内嵌入结构梁、剪力墙平面内的连接方式，PC墙板（非承重）上侧吊在梁下，下侧采用灌浆料填缝，两侧与剪力墙柔性连接（填轻质材料）。保证装配施工完成后外墙内平，住宅室内不外露结构梁线角。
建筑大楼梯的楼梯平台和楼梯梁采用现浇结构，楼梯梯段采用预制构件。预制楼梯与支承构件之间采用一端固定铰支座，另一端滑动支座的连接方式。
预制范围为建筑一层至17层，按照预制装配率不少于40%设计，同时满足住宅外墙采用预制墙体的面积率不低于50%设计。
选取合理的结构方案，控制经济合理的结构刚度，是结构优化设计的关键。经济合理的结构刚度要满足两个条件：稳定风压下的最小侧移要求；水平地震力作用下的最小侧移要求。一般认为满足层间位移角限值的最小刚度是经济刚度。对于剪力墙结构，经济刚度的侧移限值也就是1/1 000。要实现最小刚度，就要控制剪力墙的数量。剪力墙布置一般由位移限值和轴压比控制，平面布置宜“周边、均匀、对称、分散”，对于长矩形平面的两端山墙宜集中布置，平面中间宜减少布置，这样可以获得较大扭转刚度，减少扭转周期，减少偶然偏心地震作用对主楼的不利影响，楼层最大水平位移和层间位移与该楼层平均位移的比值容易满足规范的要求。有时侧移刚度满足，而首层剪力墙轴压比超限，遇此情况，可提高混凝土强度等级或局部加长墙长，不要随意增加剪力墙数量及墙厚。
从结构建模，荷载及计算参数的选取上，控制结构刚度。（1）尽量减轻楼层质量，混凝土容重可以取26，填充墙采用轻质高强的材料，建筑面层厚度满足建筑需要即可，不要做太厚；卫生间、厨房、水暖设备井等隔墙可采用100厚。若每层的楼盖质量降低，整个楼的总质量就会随之降低，总的重力荷载代表值减小，地震作用力减小，其计算结果必然是梁的配筋率减少，同时墙柱及基础的面积也会有所减少。（2）周期折减系数不宜折减太大，可以取0.95即可。因为周期越短，地震影响系数越大，地震作用就越大。（3）场地类别的选取对风荷载敏感的高层建筑影响较大，对于100 m的高度，风压高度变化系数取值，B类是2.0，C类是1.5，风压相差40%，因此对于建筑场地在城市市区的，场地类别取B类，对风荷载控制下的侧移刚度比较有利。（4）控制计算结果，使质量和刚度中心尽量重合或接近重合，减少扭转对结构的不利影响。
3结构设计中剪力墙的经济性体现与要点
为了提高剪力墙的变形能力、避免发生剪切破坏，要适当利用洞口设计弱连梁。在实际设计过程中，由于剪力墙的刚度比较大，需要对连梁的刚度进行适当折减。水平力下，剪力墙的连梁会因为内力较大而超出截面允许值。在任何结构设计中，设计准则与实际情况都是应该注意的重点，剪力墙的结构设计也不例外，在遵循设计规范的同时也要根据实际情况灵活处理，使结构设计经济性更为合理，这样才能发挥剪力墙结构应有的作用。
（1）剪力墙厚度
在框剪结构中，由于剪力墙的边缘位置有一些约束构件，这些构件也叫做边框梁。在对剪力墙厚度进行测量时，需要考虑边框梁的厚度。对剪力墙厚度的确定，主要是为了提高建筑的抗震能力。一级、二级剪力墙的厚度不能低于200 mm，而且不能小于1/16层高。有的建筑对抗震效果要求不高，一级、二级剪力墙的厚度一般在160 mm左右，不小于1/20层高。剪力墙厚度与边缘梁宽度相等，而剪力墙的高度为厚度的2倍左右。在确定剪力墙厚度时，需要满足以上条件。既要结合建筑的要求，还要保证建筑结构的稳定性。框剪结构建筑剪力墙的厚度在1/16～1/20之间，最佳厚度为200 mm。
（2）剪力墙数量
虽然剪力墙有着良好的抗震性、抗侧刚度，但过多的剪力墙也会增大建筑结构的重量反而会影响其抗震性能，因此剪力墙的数量并不是越多越好，应该根据实际情况利用最适合建筑物的剪力墙充分发挥其应有的作用。
（3）楼层之间最小剪力系数的调整
在具体施工的过程中，为了达到降低建筑物的自重，建筑物楼层之间应该遵循最小剪力系数的原则，应该在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩达到总倾覆力矩40%之前尽量控制剪力墙的数量，进一步提高建筑物的抗震性能；同时应对剪力墙进行大开间处理，这样能提高剪力墙结构的侧向刚度从而控制建筑物楼层间的最小剪力系数，也有效控制了施工成本。
（4）楼层间距与楼高比例控制
建筑物的安全性在很大程度上反映在其抗扭转和剪切变形性能上，这样就造成必须靠增加竖向构件的数量来满足其抗剪切变形的需要，但如果竖向构件的数量过多，会造成剪力墙的额外负担，有可能会直接导致楼层间的扭转变形，这种情况下，剪力墙结构也无法满足楼层间的位移需要。因此，遵循楼层间间距与楼高之间的比例就显得尤为重要。
（5）剪力墙自身高度与宽度比例控制
剪力墙的厚度与高度和宽度相比已经可以忽略不计，这就使得剪力墙的受力形态与柱子结构类似，因此若剪力墙的高度与宽度比例越小越趋近于柱子结构。其次，因为剪力墙是一个平面构件，它的受力除了水平应力、弯矩力之外还有一定的竖向压力，所以在设计中还要满足其弹性、延展性要求。
（6）剪力墙连梁超限的调整
剪力墙的跨高比小于2.5时，连梁是比较容易出现剪力和弯矩过大情况的，所以一般规定其跨高比大于2.5，跨高比超过5的连梁应按照框架梁来设计。在剪力墙结构设计中考虑连梁超限的调整原则会有效节省工程造价，避免造成不必要的浪费。
（7）剪力墙的平面布置
为了使剪力墙的质量中心与其刚度中心处在一点。剪力墙的平面布置应该尽量讲究对称，避免使用单向单侧的平面布置形式，否则会加大剪力墙的扭矩，大大影响其抗震效果；同时剪力墙应该尽量沿着平面主要轴线的方向来布置，这样可以保证其承受的竖向和横向载荷均匀分布。
（8）与工程造价的关系
在确保剪力墙安全性和抗震性的同时也应该注意工程造价和成本问题，应结合这两个方面合理的对剪力墙的结构进行优化设计，使其结构能发挥最大作用的同时还能达到经济合理的目的。如设计带翼墙的宽度时可以按照洞口与门窗之间的翼缘宽度和剪力墙之间距离的最小值来设计，通常取墙肢高度的1/10来达到优化设计的目的。
4结语
在建筑结构特别是建筑日益发展的今天，为了满足环境、人力因素等对建筑物越来越严格的要求，在保证建筑物结构安全的前提下，在结构设计也应该不断思考，精益求精。而在对剪力墙结构设计的过程中，设计时也应该熟悉剪力墙的多种类型的结构特点，同时在应用中，认真分析优化剪力墙经济性，更好地为建筑事业的蓬勃发展添砖加瓦。
参考文献
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[5]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010，36(5)：73-74.
论文作者:孙琼
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/29
标签：剪力墙论文; 刚度论文; 结构论文; 厚度论文; 结构设计论文; 建筑论文; 楼层论文; 《基层建设》2017年第15期论文;