【摘 要】剪力墻結(jié)構(gòu)由于其抗震性能好被廣泛應(yīng)用于高層建筑中，在剪力墻設(shè)計(jì)中要講求一定的原則，本文對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑 剪力墻結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1.1 按照墻面肢長(zhǎng)和厚度的比例進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在眾多的高層建筑中，剪力墻的高度、寬度尺寸都是不一樣的，所以，在剪力墻的設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)墻面的結(jié)合特征以及受力情況來(lái)計(jì)算墻面肢長(zhǎng)和厚度的比例，并根據(jù)得出的比例結(jié)果來(lái)決定是按柱設(shè)計(jì)還是按照雙向受壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。

1.2 剪力墻要具有高強(qiáng)度的承載力、延生性

在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要考慮到墻體會(huì)經(jīng)受到多方面的壓力，例如水平剪力、豎向壓力等，所以，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候一般采用的是延性彎曲型，這樣就可以有效地增加建筑物的抗壓防震的能力。

1.3 保證施工安全

剪力墻在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要盡可能地不使用平面外搭接的方法，如若是在避免不了此類(lèi)事情的發(fā)生，就必須要采用規(guī)范的措施方法，進(jìn)而有效保證剪力墻平面外的安全。

2.剪力墻的布置原則

剪力墻的布置一般涉及四方面，即均勻、分散、對(duì)稱(chēng)以及周邊。其中分散的原則是要求設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要求剪力墻的片數(shù)不能太少，每片剪力墻的剛度以及尺寸也不能過(guò)大，彎曲剛度也要適中，還要考慮剪力墻的距離問(wèn)題，如果距離太遠(yuǎn)的話(huà)，就會(huì)造成墻面的剛度過(guò)大，缺乏韌性。剪力墻的周邊原則是就因外力而致使建筑物扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生而言的，剪力墻的布置于周邊對(duì)稱(chēng)的位置，進(jìn)而增加建筑物抵抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力臂，使剛度中心和平面中心相適應(yīng)。建筑墻面平面形狀往往富于變化，剪力墻的布置應(yīng)該集中在這些地方，剪力墻的設(shè)置對(duì)于建筑物整體質(zhì)量的提高是不容分說(shuō)的，但是如果在高層建筑的電梯點(diǎn)、樓面、樓梯間等地方進(jìn)行開(kāi)動(dòng)便會(huì)嚴(yán)重影響建筑的剛性，所以，在施工過(guò)程中，對(duì)這些薄弱的地方，需要使用鋼筋混泥土剪力墻進(jìn)行建造。

3.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要注意發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又要避免其工程預(yù)算較高的缺點(diǎn)。對(duì)于建筑物中的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，顯然剛度大的結(jié)構(gòu)在震害中的破壞性較小，但是鋼結(jié)構(gòu)必須合理配置而不能隨意增大，因?yàn)榻ㄖ镏械膭偠仍酱?，需要支出的費(fèi)用就越多，應(yīng)掌握一個(gè)合理的“度”。在高層建筑中，合理的設(shè)計(jì)方式主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是控制剪力墻結(jié)構(gòu)的水平位移，使其滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定的限值；另一方面則是對(duì)地震力的控制，因?yàn)榧词沟卣鹆τ?jì)算值處于偏小的水平，也可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移滿(mǎn)足要求的情況。因此，只有在底部剪力控制合理范圍內(nèi)的前提下，檢查建筑物的內(nèi)力、位移以及配筋情況才真正有意義。

3.1 避免出現(xiàn)獨(dú)立小墻肢與剪力墻剛度不宜過(guò)大

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：“矩形截面獨(dú)立墻肢的截面高度不宜小于截面寬度的5 倍?！币坏┏霈F(xiàn)上述情況，對(duì)墻肢軸壓比、配筋等都有嚴(yán)格的限制，設(shè)計(jì)施工都比較困難。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，獨(dú)立小墻肢基本上可以通過(guò)合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墻，使小墻肢成為墻體翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于獨(dú)立小墻肢，僅適當(dāng)加強(qiáng)配筋即可。同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性，細(xì)高的剪力墻容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。

3.2 注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑功能和形式日益多樣化，當(dāng)多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同時(shí)，結(jié)構(gòu)布置也要相應(yīng)改變，要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件銜接上下結(jié)構(gòu)，傳遞內(nèi)力，設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件的樓層稱(chēng)為轉(zhuǎn)換層。因此，對(duì)于高位轉(zhuǎn)換的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)慎重設(shè)計(jì)。由于高位轉(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，轉(zhuǎn)換層本身的剛度和質(zhì)量不宜大，最終可通過(guò)水平力作用下精確的空間分析檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。宜盡量選用剛度和重量較小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算時(shí)應(yīng)多取參與組合的振型數(shù)。通過(guò)計(jì)算仔細(xì)分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內(nèi)力分配特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整內(nèi)力和構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)改善薄弱部位的性能。

3.3 優(yōu)化連梁設(shè)計(jì)

一般連梁具有截面大、跨度小的特點(diǎn)。高層建筑在水平力的作用下，連梁的內(nèi)力通常較大。高層建筑的連肢墻在水平力的作用下，其破壞主要分為脆性破壞及延性破壞。其中連肢墻的脆性破壞也可分為兩種情況。一是脆性破壞發(fā)生在墻肢部位，由于墻肢的抗剪能力較小而產(chǎn)生剪切破壞現(xiàn)象，這就會(huì)造成剪力墻的承載能力日益下降，而結(jié)構(gòu)發(fā)生突然坍塌，這也是在設(shè)計(jì)中應(yīng)極力避免的問(wèn)題。在建筑的抗震規(guī)定中，要求抗震墻的截面截壓比限制及抗震等級(jí)，是一、二級(jí)時(shí)抗震墻底部加強(qiáng)部位的建立設(shè)計(jì)值的放大系數(shù)，這也是為了預(yù)防剪力墻在彎曲破壞前而產(chǎn)生的剪切破壞。脆性破壞的第二種情況就是當(dāng)連梁產(chǎn)生剪切破壞時(shí)，造成連肢墻各個(gè)墻肢喪失了連梁對(duì)墻肢的約束作用。在沿墻全高所有連梁都產(chǎn)生了剪切破壞時(shí)，連肢墻的各墻肢就成了單片的獨(dú)立墻，這就會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，加大墻肢彎矩。但是，第2 種情況與第1 種墻肢發(fā)生剪切破壞的情況相比，當(dāng)連梁產(chǎn)生剪切破壞時(shí)，結(jié)構(gòu)并沒(méi)有失去承載的能力；而在墻肢破壞之前，只要所考慮的連梁并不承擔(dān)很大的豎向荷載力，也不會(huì)造成結(jié)構(gòu)的倒塌現(xiàn)象。

3.4 底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)部位的高度可取底部?jī)蓪雍蛪w總高度的1/10二者較大值，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度，可取框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的1/10二者較大值；帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起，取至轉(zhuǎn)換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。當(dāng)將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響到地下一層，此時(shí)地下一層的抗震等級(jí)不能降低，加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下一層，并應(yīng)按規(guī)范要求在地下一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

3.5 剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計(jì)

振動(dòng)臺(tái)模擬地震試驗(yàn)結(jié)果表明建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢會(huì)首先開(kāi)裂；在地震作用下，高層剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴(yán)重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴(yán)重；在剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對(duì)減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié)，更應(yīng)加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施。例如，剪力墻在平面上分布要求均勻，使其鋼度中心和建筑物質(zhì)中心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢厚度（宜取250mm，對(duì)低部外圍的小墻肢根據(jù)需要可取用300mm），加強(qiáng)墻肢端部的暗柱配筋，嚴(yán)格控制墻肢截面的軸壓比不超過(guò)0.6，以提高墻肢的承載力延性，高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件連梁的剪切破壞會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低，對(duì)抗震不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；剪力墻宜在兩個(gè)方向均有梁與之拉結(jié)，連梁宜布置在各肢的平面內(nèi)，避免采用“一”字形墻肢；剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋應(yīng)符合規(guī)范要求等。

4.總結(jié)

綜上所述，現(xiàn)階段我國(guó)的高層建筑中廣泛的使用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，能更好的改善建筑物的抗震能力，增強(qiáng)建筑物的穩(wěn)固性，在今后的實(shí)踐中，還需要不斷的完善高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。