摘要：剪力墙结构是指纵横向的主要承重结构全部为结构墙的结构。当墙体处于建筑物中合适的位置时，它们能形成一种有效抵抗水平作用的结构体系，同时，又能起到对空间的分割作用。因此这种结构在高层房屋中被大量运用。本文就高层住宅结构设计中剪刀墙结构的应用进行分析，希望可以为相关的工作人员提供一些有效的参考意见。
关键词：剪力墙结构；高层住宅建筑；设计内容；分析研究
引言
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构具有很好的抗震性，因此多在高层住宅建筑中应用。基于此，本文就高层住宅结构设计中剪刀墙结构的应用浅谈一些自己的观点，以供参考。
一、剪力墙种类
墙根据受力特点可以分为承重墙和剪力墙，前者以承受竖向荷载为主，如砌体墙；后者以承受水平荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用产生，因此剪力墙有时也称为抗震墙。剪力墙根据开洞情况可以分为：整体墙、小开口整体剪力墙、联肢剪力墙和壁式框架，下面对剪力墙的种类进行具体的分析：
1、整体墙
整体墙就是没有洞口的剪力墙或者是开洞面积低于墙整体面积15%的墙面，并且当洞口与墙边之间的距离大于洞口的尺寸时，剪力墙的开洞对于墙体整体性的影响就可以忽略不计了。
2、小开口整体剪力墙
如果剪力墙开洞面积大于整个墙体面积的15%，墙肢出现局部弯矩，截面法向应力相当于整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加后的结果，剪力墙变形基本上属于弯曲型，此时称为小开口整体剪力墙。
3、联肢剪力墙
联肢剪力墙由于门窗洞口尺寸较大，墙截面上的正应力不再成直线分布，其受力和变形发生了变化，墙肢的线刚度比连梁的线刚度大得多，每根连梁中部有反弯点，各墙肢单独弯曲作用较显著，仅在少数层内墙肢出现反弯点，故需采用相应方法分析。墙面上开有一排洞口的墙称双肢墙；当开有多排洞口时，称多肢墙。
4、壁式框架
当剪力墙开洞面积很大时，墙肢长度较短，此时墙肢刚度与连梁刚度接近，变形变为剪切型，受力性能更接近框架结构，此时称为壁式框架
二、高层住宅建筑剪力墙结构设计内容
1、剪力墙墙肢平面布置
墙肢平面布置时应遵循平面规则、传力明确的原则，剪力墙布置应使得结构质量中心和刚度中心能够接近，减小楼层位移比。剪力墙应沿着两个主轴的方向双向布置剪力墙，且二者刚度差别不宜过大；在建筑物抗震设计过程中，应避免出现单向墙的设计形式，确保形成双向抗侧力体系，发挥剪力墙结构良好的空间工作性能。剪力墙布置时，各片剪力墙应尽量对齐设置，形成明确的抗水平力体系，从而更好的发挥各墙肢的作用。合理的墙肢布置可以使得结构传力合理，且实现较好的经济性。
2、剪力墙墙肢竖向布置
剪力墙墙肢应遵循上下对齐的原则进行设计。尽量避免因中间剪力墙打断造成该层刚度及承载力突变形成的薄弱层。剪力墙楼层开洞时，上下各层的洞口位置应对齐，形成规则的开洞剪力墙，传力明确，力学模型清晰，计算结果可靠，经济性良好。对于洞口布置上下错开的剪力墙受力复杂，应进行专门的应力分析，并采取加强措施保证结构安全可靠。
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3、剪力墙墙肢长度及厚度的设计
剪力墙墙肢长度及厚度的确定是剪力墙结构设计的重点内容之一：
（1）剪力墙墙肢长度的确定。墙肢的长度的合理与否影响着剪力 墙结构的承载力及经济性。剪力墙不宜过长，过长剪力墙容易形成延性较差的剪切破坏，且单片剪力墙刚度太大后会吸收更多的水平作用。墙肢长度宜控制在8米以下的范围，且各段墙肢总高度/长度宜大于3，这样各片剪力墙在水平地震作用下容易形成延性较好的弯曲破坏模式，同时可以避免弯曲开裂后产生宽度太大的裂缝。同样剪力墙长度不宜太短，若剪力墙厚度不大于300mm且长度与厚度之比介于4～8之间时，会形成短肢剪力墙，由于短肢剪力墙沿建筑高度会在某 些楼层出现反弯点，受力特点更接近于异形柱，短肢墙承受较大的水平力及轴力，受力性能不利，因此宜尽量避免短墙。以6度区100米左右高层住宅为例，从住宅功能需求及结构受力需求考虑剪力墙墙肢长度控制在2～3米为宜。
（2）剪力墙厚度的确定。与框架柱不同，剪力墙墙肢两个方向尺寸差别大，剪力墙墙肢厚度的合理与否影响墙肢平面外的稳定性及刚度。除了最小厚度基本构造要求外，剪力墙厚由轴压比及墙体稳定性控制。影响轴压比的主要因素有：抗震等级、墙肢长度、上部荷载、混凝土强度等级；影响稳定性的因素主要有：墙肢长度、上部荷载、混凝土强度等级、墙肢支承条件、层高，其中层高及墙肢支承条件对稳定性影响较大，因此在层高较大时宜尽量设置T形、L形、槽形及工字形等有翼缘剪力墙。以6度区100米左右高层住宅为例，层高3米时剪力墙厚度由轴压比控制，以200mm为宜；底部楼层层高较大时，剪力墙厚度会由稳定性起控制作用，根据需要适当加厚至 250～300mm。
4、剪力墙水平、竖向钢筋设计
剪力墙水平、竖向钢筋设计包括计算分析及构造规定两部分。剪力墙墙肢计算分析主要包括偏心受压墙肢正截面受压承载力计算、偏心受拉墙肢正截面受拉承载力计算、偏心受压墙肢斜截面受剪承 载力计算、偏心受拉墙肢斜截面受剪承载力计算以等内容，通过上述计算确定剪力墙受力需要的水平及竖向钢筋需求。为避免剪力墙出现受弯裂缝后马上达到极限承载能力及受剪裂缝出现后发生脆性剪切破坏，规范对剪力墙水平、竖向钢筋的最小配筋率进行了相应规 定：一、二、三级剪力墙最小水平及竖向配筋率不小于 0.25%，四级剪力墙不小于0.20%。对于受温度应力影响较大的顶层剪力墙及长矩形平 面的端部等剪力墙提高其水平及竖向配筋率至0.25%，从而可以减少温度应力产生的不利影响。剪力墙边缘构件设计边缘构件设置与否是影响剪力墙塑性变形能力的一个重要因素，通过在剪力墙两端及洞口两侧设置边缘构件可以大大提高剪力墙的塑性变形能力，从而提高抗震性能。
5、剪力墙连梁设计
连梁作为剪力墙结构十分重要的构件也是设计的重点。与框架梁不同，通常情况下连梁跨高比较小，因此竖向荷载产生的内力较小，而水平作用下会产生较大的内力，据此计算的连梁反弯点会在跨中附近，两端弯矩接近，全截面剪力基本相同，考虑水平作用反复发生时，连梁上下纵筋计算面积接近，因此通常连梁上下纵筋配筋相同，箍筋全跨相同配置。连梁是剪力墙结构中最早破坏的耗能构件，为实现其耗能的作用，连梁需要设计成延性好的弯曲破坏模式，避免发生脆性剪切破坏。跨高比=L/（2h0）=M/（Vh0），也就是说跨高比越大弯矩与剪力之比就越大，更容易发生弯曲破坏模式，因此对于跨高比较大的连梁，破坏模式更接近框架梁，通过常规设计就可以达到预期效果，而对于跨高比较小（≤2.5）的连梁，更容易发生剪切破坏，对此类连梁抗剪要求加强。
结语
根据上文叙述可知，剪力墙在高层住宅建筑中的应用已经取得了良好的成果。随着城市化进程的加快，高层住宅建筑已经成为了当今社会的发展趋势，因此，为了实现高层住宅建筑结构设计合理、经济效果好的特性，在高层住宅建筑中应用剪力墙结构是非常必要的。这不仅需要设计人员对剪力墙进行深入研究，还需要设计人员从剪力墙布置、墙肢尺寸、各构件设计等角度仔细计算分析。
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论文作者:骆锟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：剪力墙论文; 结构论文; 水平论文; 开洞论文; 刚度论文; 高层住宅论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年第34期论文;