1、高层剪力墙结构设计中常见若干问题的探讨摘要：高层建筑逐渐成为现代建筑的发展趋势，而剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能。剪力墙结构相对于框架结构而言室内无柱及梁的棱角露出，节省了空间，使用功能好，即实用又美观，受到了开发商和业主的广泛欢迎。 关键词：平面布置； 底部加强部位； 嵌固端；边缘构件；连梁 中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号： 引言： 剪力墙结构是由以剪力墙及因剪力墙开洞形成连梁组成的结构，起变形特点为弯曲型变形。由于纵向、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载的作用下，侧移较小，因此这种抗震及抗风性能都较强的结构
2、体系是高层建筑中常用的结构形式，适宜于建造层数较多的高层建筑。结构设计人员应该在剪力墙设计中把握要点，使结构安全、经济。 1.结构平面布置 剪力墙结构平面布置形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置，剪力墙分布应均匀，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向刚度接近，尽量保证刚心与质心重合或接近以减小扭转效应，偏心最大时一般不应超过 15%。高层建筑平面宜选用风作用效应较小的平面形状。对于普通纯剪力墙结构的住宅，当底部无商铺无裙房时，剪力墙平面布置比较好调整，能基本满足平面规则性的要求，其刚心与质心的偏心率可以控制在 5%以内，当左右基本对称时 X 方向的偏心率
3、可以调整到 0 或接近 0。如果电梯间偏置导致偏心率较大时，可增加建筑周边墙肢长度或连梁高度以及必要时在电梯间剪力墙开洞来调整偏心率，但调整应同时满足周期比和位移比的要求。2根据高规7.1.1 条，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大，一般可通过控制剪力墙数量和位移来保证，建议楼层层间最大位移与层高之比控制在1/11001/1500 之间，标准层剪力墙截面总面积与层建筑面积之比控制在 4.5%至7%之间。 2.底部加强部位及嵌固端位置 在抗震设计中，为保证剪力墙底部出现塑性铰后具有足够大的延性，应对可能出现塑性铰的部位加强抗震措施，包括提高其抗剪切破坏能力，设置约束边缘构件等，该加强部位称为“底部加强
4、部位” 。 根据高规7.1.4 条规定，底部加强部位的高度应该从地下室顶板算起，一般剪力墙结构其底部加强部位高度取底部两层和墙体总高度的1/10 二者的较大值，若计算崁固端不是地下室顶板而是位于地下一层地板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算崁固端。底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上 2层的高度及墙体总高度的 110 二者的较大值。而在实际工程中，如果地下室顶板不能满足作为结构嵌固端的要求时（满足结构嵌固端的要求详见高规3.5.2 条） ，那么嵌固端就需要往下延伸了，在地震作用下的屈服部位将发生在崁固层。 笔者以实际工程为例，位于深圳市宝安区的观澜安居
5、商品房项目，总建筑面积 47.7 万平方米，总共 14 栋住宅塔楼及一个幼儿园，住宅均为 33 层，接近 100 米，结构形式为剪力墙结构。项目分为 A 区与 B 区，A 区为 2 层地下室，上部为 8 栋塔楼，B 区只有一层地下室，上部为 6 栋塔楼及幼儿园。B 区的地下室顶板能满足作为上部塔楼的嵌固端要求，所以 B 区塔楼的计算嵌固端为地下室顶板，崁固层为地面首层，底部加强部位也仅取地上二层和墙体总高度的 1/10 的较大值，地下一层按加强部位设计；而 A 区，因为建筑物四周地形的特点，周边约束条件较差，部分地下室顶板外露在地面且局部顶板不连续，地下室顶板不满足作为结构嵌固端的要求，因此，
6、只能把嵌固端往下延伸，地下一层能满足作为嵌固端的要求，故将地下二层顶板作为结构计算嵌固端，崁固层为地下一层，此时，底部加强部位的高度应该从此处往上算，取墙体总高度的1/10 与地下一层加首层高度的较大值，但不大于 15m。 3.剪力墙边缘构件 剪力墙墙肢的延性与受压区混凝土的变形能力，与箍筋的约束有很大的关系，为了避免墙肢在竖向荷载与弯矩的作用下被压碎破坏，要求在剪力墙墙肢的两端设置边缘构件；同时剪力墙的截面形状对墙的延性影响很大，一字剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差。通过研究分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性。因此在矩形墙两端设置约束边缘构件不仅能较显著地提高墙体的延性，
7、还能防止剪力墙发生水平剪切滑动，提高抗剪能力。剪力墙约束边缘构件是指用箍筋约束的暗柱、端柱和翼墙，其混凝土用箍筋约束，有较大的变形能力，约束边缘构件沿墙肢方向的长度和箍筋配箍特征值应符合高层建筑混凝土结构技术规程和建筑抗震设计规范的要求。当剪力墙肢轴压比很小时，剪力墙在水平力作用下也能具备比较大的塑性变形能力，可以不设置约束边缘构件，故高规 7.2.14 条规定了可以不设约束边缘构件的剪力墙的最大轴压比。但墙肢轴压比小于高规 7.2.14 条规定值时也应按高规 7.2.16 条设置构造边缘构件。 4.连梁的设计 为实现连梁的强剪弱弯、推迟剪切破坏、提高延性，应当采用实际抗弯钢筋反算设计剪力的方
8、法。连梁作为剪力墙结构抗震设计中的第一道防线和主要耗能构件，其设计的结果直接影响建筑物抗震性能的好坏，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，不利于抗震，一般连梁的宽高比比较小，容易出现剪切斜裂缝，为防止斜裂缝出现后的脆性破坏，连梁的设计应满足高规7.2.217.2.28 条要求，使连梁的弯曲破坏先于剪切破坏，保证结构的延性要求。 5.优化高层建筑剪力墙结构设计的措施 5.1 避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大 高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ 32010）(简称高规)中 7.1.7 条规定：当墙肢截面高度与厚度之比不大于 4 时，宜按框架柱进行截面设计。当墙肢截面厚度不大于 300、各肢截
9、面高度与厚度之比的最大值大于 4 但不大于 8 时，为短肢剪力墙，一旦出现短肢剪力墙的情况，规范对墙肢轴压比、配筋等都有更加严格的限制。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。 5.2 注重转换层结构设计 设置转换构件衔接上下结构，传递内力的楼层称为转换层。对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的
10、刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，注意区分一般转换梁和框支梁这两者受力特点的异同，通过调整内力和构件配筋设计来改善薄弱部位的性能，满足结构设计要求。 5.3 连梁优化设计 根据高规在连梁设计方面的规定，对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于 25 及小于 25 两种情况在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法
11、：(1)在内力计算前将连梁刚度进行折减；(2)在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。无论采用何种方法连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。 6.结束语 高层建筑剪力墙结构的设计，通过文章从结构的布置，判断结构整体合理性和剪力墙设计以及优化剪力墙设计措施等几个方面进行了论述，贯穿了整个设计过程。总之，在剪力墙设计中应该概念明确，严格遵守规范与规程，这才能使剪力墙结构满足使用的需要并且有优良的抗震性能。 参考文献： 1 邵军. 剪力墙设计的几个问题J. 民营科技. 2010(10):30+ 293. 2 刘娜. 剪力墙结构设计若干问题的思考J. 中国新技术新产品. 2010(08)：162-163. 3 赵杰,赵将勇. 对高层建筑剪力墙结构设计的探讨J. 产业与科技论坛. 2011(03)：113-114.
