周 媛

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 , 北京 102600)

剪力墻是一種相對特殊的結(jié)構(gòu)體系，在高層民用建筑中的應用非常多，良好的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅可以有效發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性、安全性優(yōu)勢，更可以提升整體結(jié)構(gòu)的科學性。因此，當下隨著高層民用建筑項目數(shù)量的增多、規(guī)模的擴大，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計已然成為了結(jié)構(gòu)設(shè)計中需關(guān)注的重點內(nèi)容，但部分工程企業(yè)在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方面存在很多的不足，難以發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。各個工程企業(yè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，都應該從結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化角度出發(fā)，加強剪力墻結(jié)構(gòu)的細節(jié)優(yōu)化。

1.高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

城市化發(fā)展伴隨著越發(fā)明顯的土地緊張問題，各種建設(shè)工程項目實施中，為克服土地資源限制，建筑工程呈現(xiàn)出高層化趨勢，項目數(shù)量有所增多、規(guī)模日漸擴大。但因為建筑的層數(shù)多、高度大，整個結(jié)構(gòu)受到的作用力繁多且復雜，軸線并行、側(cè)向移動等均是結(jié)構(gòu)設(shè)計中需重點關(guān)注的方面[1]。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，高層建筑項目實施中，人們越來越傾向于這一結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建，但在剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時，應使得剪力墻具有較好的抗側(cè)剛度、較小的側(cè)移、良好的吸收性能，只有這樣，方可使得剪力墻結(jié)構(gòu)具有極好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性，能夠應對來自內(nèi)外部的各種結(jié)構(gòu)沖擊。對于高層民用建筑而言，為達到總體結(jié)構(gòu)標準，剪力墻結(jié)構(gòu)的高度和厚度都相對偏大，這一結(jié)構(gòu)設(shè)計要求使得該結(jié)構(gòu)體系即使處于荷載作用下，也可以發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢，發(fā)揮其抗剪切力機械強度能量小的特征。一旦剪力墻結(jié)構(gòu)的應用對象是超出20層的建筑，為保障截面彎矩最為極限承載力的計算科學性和準確性，必須要以全截面抗彎作為計算基礎(chǔ)，根據(jù)相應的計算經(jīng)驗，在洞口越小的條件下，剪力墻結(jié)構(gòu)的性能越理想，越可以發(fā)揮其在建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢。此外，高層民用建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過科學的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以有效對建筑空間加以科學劃分，實現(xiàn)空間資源的合理利用，有效提升了室內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的簡潔性和美觀性。因為剪力墻結(jié)構(gòu)中各個構(gòu)件都為混凝土材料制成，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的重量大，地震災害出現(xiàn)時該剪力墻結(jié)構(gòu)也勢必由于以自重出現(xiàn)明顯的地震反應，再加上抗側(cè)剛度的存在使得地震時的地震反應力加大，因此，為使得剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性得以增強，應從其結(jié)構(gòu)特點出發(fā)進行適當?shù)膬?yōu)化。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

對高層建筑而言，因為其結(jié)構(gòu)性能的要求相對較高，不同的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應根據(jù)整體的結(jié)構(gòu)特點，確定在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是否必須開洞，如果存在開洞的必要，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應考慮開洞的大小[2]。根據(jù)高層民用建筑中的剪力墻設(shè)計和使用情況，一些剪力墻開洞，而一些剪力墻不開洞，且開洞的剪力墻結(jié)構(gòu)中，洞的大小也存在著明顯的區(qū)別。因此，在高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，開洞與否、開洞大小可以作為劃分基準，建筑結(jié)構(gòu)中大多包含了實體墻、整體小開口剪力墻、多肢剪力墻、壁墻框架。對實體墻而言，其屬于不開洞剪力墻，當然，在一些建筑結(jié)構(gòu)中應用時，實體墻剪力墻的開洞非常小，整個結(jié)構(gòu)體系中沒有任何的受力突變和反彎點。整體小開口剪力墻比較特殊，同樣屬于小開洞結(jié)構(gòu)，墻彎矩存在明顯突變，在高度上沒有反彎點分布，但局部存在反彎點。多肢剪力墻為大開洞結(jié)構(gòu)。

2.剪力墻設(shè)計原則

2.1 連續(xù)性

高層民用建筑的結(jié)構(gòu)包含了多種的形式，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可選擇性也相對較多，為使得剪力墻結(jié)構(gòu)可以與整體的結(jié)構(gòu)標準相符合，專業(yè)設(shè)計人員在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應加強對工程現(xiàn)場環(huán)境的調(diào)查，根據(jù)總體的結(jié)構(gòu)要求和現(xiàn)場環(huán)境，選擇最佳的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計策略。剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑工程結(jié)構(gòu)中一種相對特殊的結(jié)構(gòu)體系，主要是通過相關(guān)建筑構(gòu)件的利用來實現(xiàn)對部分結(jié)構(gòu)的分離，從其在結(jié)構(gòu)中的作用來看，剪力墻結(jié)構(gòu)有一定的承載力和阻力作用[3]。因此，任何的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應始終堅持連續(xù)性的設(shè)計要求，以避免剛度的極端變化而引起結(jié)構(gòu)位移和偏差。

2.2 特殊性

因為每個的高層建筑都有其獨特的結(jié)構(gòu)要求，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應堅持特殊性要求，做好對整個高層建筑的結(jié)構(gòu)受力分析。墻體作為建筑結(jié)構(gòu)中的平面結(jié)構(gòu)，其受力不僅包含了水平的彎矩和剪力作用，更包含了豎向壓力，為達到剪力墻設(shè)計的良好效果，剪力墻設(shè)計應從結(jié)構(gòu)受力的特殊性出發(fā)，做好相應的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升剪力墻的應用效果。

3.高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計及優(yōu)化

3.1 剪力墻設(shè)計要為后續(xù)的建筑改造留有余地

作為結(jié)構(gòu)體系的一部分，為發(fā)揮剪力墻作用，設(shè)計人員應給后續(xù)建筑改造留有一定余地，要使得剪力墻主體設(shè)計能夠在達到基本剛度的前提下為建筑中的門窗設(shè)計留有一定的空間?？傊?，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，嚴禁設(shè)計的隨意性，避免門洞挖掘的重復。為使得剪力墻空間合理，設(shè)計人員在總體的設(shè)計過程中，應提前做好相應的空間分析與規(guī)劃，將墻體劃分成若干個部位，使得門窗的設(shè)計盡可能合理，與剪力墻結(jié)構(gòu)相匹配[4]。

3.2 合理布置剪力墻平面

剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性、穩(wěn)定性和安全性目標能否實現(xiàn)，在一定程度上取決于剪力墻的平面布置情況。在平面布置時，應從以下方面來開展：（1）剪力墻平面布置應始終堅持對稱性和均勻性的原則，使得墻面中心可以完全和結(jié)構(gòu)剛度中心重合，通過這種控制來減小扭矩，實現(xiàn)與墻體的對直；（2）抗震剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應盡量選用兩側(cè)都有剪力墻的設(shè)計方案；（3）始終沿中心軸線的方向保持對稱性；（4）將剪力墻抗側(cè)力剛度控制在合理的范圍內(nèi)，設(shè)計人員在設(shè)計的過程中，可以直接利用T=(0.05-0.06)n公式來進行設(shè)計，其中，T代表的是經(jīng)驗公式，n為剪力墻結(jié)構(gòu)層數(shù)，在此公式下，確定剪力墻剛度的范圍，保持剛度和層數(shù)相符合；（5）剪力墻布置不宜太密，盡量多布設(shè)均勻長墻，少布設(shè)短墻，最好使得墻肢厚度沿著高度方向上呈現(xiàn)均勻變化的趨勢；（6）堅持“強周邊、弱中部”的布設(shè)要求，將剪力墻平面布設(shè)為L、T、十字形等多種簡單形式，以提升剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 正確處理剪力墻的墻肢

對高層民用建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，為提升其總體的結(jié)構(gòu)性能，相應的設(shè)計標準中明確規(guī)定了剪力墻延展性要求，因為高層民用建筑中的剪力墻高度較大，在設(shè)計時就應該從延展性方面考慮，盡可能用彎曲剪力墻來替代原先的剪力墻結(jié)構(gòu)，以通過這種方式來使得剪力墻的機械強度達到相應的標準[5]。對于一些長度較大的剪力墻而言，可以通過開洞的方式減少結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，使得在整個建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻中的鋼筋可以更好地發(fā)揮其支撐作用。因為大墻肢在地震作用下很容易斷裂，因此，如果剪力墻中的墻肢長度超過了8m，一般可以通過開洞設(shè)計的方式來減弱地震效應干擾。

3.4 合理處理邊緣構(gòu)件

通常情況下，對高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，其邊緣構(gòu)件一般包含了構(gòu)造型和約束型兩種，為提高剪力墻結(jié)構(gòu)性能，對于處于下部處理加強位置且抗震性能相對較差的高層民用建筑剪力墻而言，選擇構(gòu)造型邊緣構(gòu)件；而對于加強部位和高層民用建筑與重荷載作用下墻體軸壓比平均值超過設(shè)計標準的情況而言，更適宜選用約束型邊緣構(gòu)件。對構(gòu)造邊緣構(gòu)件而言，其在設(shè)計時應符合正截面受壓或者受拉承載力的計算標準，對于構(gòu)造邊緣構(gòu)件豎向分布鋼筋而言，其最小配筋率、根數(shù)、直徑都應該與相應的設(shè)計標準相一致，在達到計算值、最小配筋率、根數(shù)、直徑等的標準下，其中的多余鋼筋可選用小直徑鋼筋，但不應小于剪力墻豎向分布鋼筋的強度等級和直徑。此外，構(gòu)造邊緣構(gòu)件的強度、延性都應該比墻體要高，雖然相應的設(shè)計標準中沒有明確規(guī)定邊緣構(gòu)件縱筋間距的要求，但卻可以以相應的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范來實施。

3.5 合理設(shè)計過渡層

過渡層的設(shè)計效果同樣與剪力墻結(jié)構(gòu)體系性能之間有著直接的關(guān)系，主要是由于高層建筑結(jié)構(gòu)中非常重視結(jié)構(gòu)抗震性這一性能，地震災害發(fā)生的瞬時時間段內(nèi)，地震作用力將對剪力墻產(chǎn)生巨大的沖擊，而當過渡層剪力墻墻體受到部分荷載干擾時，勢必面臨承載力減小的趨勢，對剪力墻結(jié)構(gòu)性能的不利影響非常大。因此，高層民用建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應從整體的結(jié)構(gòu)性能著手，對剪力墻的各個細節(jié)加以適當調(diào)整，使得各個結(jié)構(gòu)參數(shù)都符合設(shè)計標準。設(shè)計人員在充分進行了相應的受力特點分析以后，才能夠開展相應的結(jié)構(gòu)計算，通過科學的過渡層布置，來起到地震能量的削弱作用。對于存在過渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)，如底層框架剪力墻，因為過渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻墻體在地震發(fā)生的過程中，需提供最大的抗傾覆力和抗剪切力，當處于垂直均勻荷載的情況下，過渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻墻體處于拉剪或者壓剪應力狀態(tài)下，一旦存在橫向的荷載作用力，在過渡層或者轉(zhuǎn)換層的設(shè)計中，應使得其橫向承載力、抗裂性能同步減小。

3.6 對剪力墻的連梁設(shè)計展開優(yōu)化

剪力墻設(shè)計中的連梁設(shè)計也非常重要，通過科學的連梁設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)剛度得以改善，可以在一定程度上將側(cè)向位移控制在合理的標準內(nèi)，進而來提升整體建筑的穩(wěn)定性。但因為耦合梁剪力墻設(shè)計時常常會受到諸多因素的影響，如果在設(shè)計過程中缺乏對這些因素的科學考慮，可能會導致剪力墻的結(jié)構(gòu)性能難以達到標準，無法提升高層建筑的整體性能。比如，在剪力墻設(shè)計中，如果連接梁的橫高度過小，連接梁就無法在整個高層建筑內(nèi)發(fā)揮其作用，具體來說，當受到反復的荷載作用力時，結(jié)構(gòu)裂縫將難以避免，剪力墻的質(zhì)量安全問題突出。因此，針對連接梁在剪力墻中的作用，在剪力墻設(shè)計時應盡量選用高連接梁，做好相應的受力分析。

4.結(jié)語

高層民用建筑結(jié)構(gòu)的日漸復雜化，加劇了人們在此類工程中對剪力墻結(jié)構(gòu)體系的重視和使用，但剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時需注意的設(shè)計要點較多，設(shè)計人員應從受力分析的角度，做好相應的結(jié)構(gòu)計算和優(yōu)化，全面提升高層民用建筑的結(jié)構(gòu)性能。