浅述高层剪力墙结构设计
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摘要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层建筑。剪力墙结构既抵抗侧向力又承受竖向荷载，由于它是截面高度大而厚度相对很小的“片”状构件，有着承载力大和平面内刚度大等优点，但也具有剪切变形相对较大、平面外较薄弱的不利性能。此外，开洞后的剪力墙形式变化多，受力状况比较复杂，因而了解剪力墙的特性，发挥其所长，克服其所短，是正确设计剪力墙的关键。
关键词：剪力墙；墙身；连梁；边缘构件
中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：
高层剪力墙结构设计中的问题
剪力墙沿两主轴方向的合理布置，剪力墙结构在矩形平面内，抗震设计时双方向的抗侧刚度宜接近，避免悬殊。
一个结构单元内少数大墙肢的计算，墙肢长度超过8m 时，应采用施工留洞或计算简图开洞处理。
剪力墙厚度的确定，应按《高规》附录D 计算，以满足墙体的稳定要求。
剪力墙墙身的分布钢筋的构造要求，规范中的配筋率为墙身全截面配筋率要求。
剪力墙连梁超筋的处理。
应按照规范设置剪力墙构造边缘构件及约束边缘构件，适当合并相邻的边缘构件，配筋应同时满足计算及构造要求。
剪力墙的布置
建筑专业提供的建筑平面图，需要我们仔细看图、分析，搭模初算来确定哪些墙需要做成钢筋混凝土的剪力墙，哪些墙做成加气混凝土砌块等轻质墙，哪些墙的位置及开洞大小需要调整。这里有一些基本的原则。
剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。对一般的矩形、L 形、T 形等平面宜沿两个轴线方向布置；对三角形、Y 形平面宜沿三个轴线方向布置，对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。剪力墙的平面布置应尽可能均匀、对称，尽量使结构的刚度中心和质量中心重合，以减少扭矩。内外剪力墙应尽量拉通、对直。
剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的抗侧力刚度不宜过大。为充分发挥剪力墙的抗侧力刚度和承载能力，增大剪力墙可利用空间，剪力墙的间距不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度。如何判断结构的侧向刚度是否适宜，剪力墙数量是否合适呢？这里有一个规则结构周期的经验公式：T1=（0.05~0.06）n，n 为结构层数。例如，设计的住宅中，有几栋是18 层的高层住宅楼，那么它的适宜周期就应该是（0.05~0.06）×18=0.9~1.08，如果搭模计算出来的周期小于这个数字，就说明剪力墙偏多，需要减少剪力墙数量或在合适的位置开些大洞以减小墙的刚度；如果搭模计算出来的周期大于这个数字，就说明剪力墙偏少，需要增加剪力墙数量。剪力墙结构在矩形平面中，抗震设计时双方向的抗侧刚度宜接近，避免悬殊。那么如何判断双方向是否刚度接近呢。这里有个方法，可以检查电算结果中两个方向的第一振型的周期，以及楼层层间最大位移与层高之比Δu/h 是否接近。
剪力墙中大墙肢的处理
剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）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。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2 的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的墙段。洞口连梁宜采用弱连梁（跨高比大于6），使其可近似认为分成了独立墙段。此外，墙段长度小时，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体的配筋能够较充分地发挥作用。而对于剪力墙结构中，有少量长度大于8m 的大墙肢，计算中楼层剪力主要由这些大墙肢承受，其他小的墙肢承受的剪力很小，一旦地震，尤其超烈度地震时，大墙肢容易首先遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，使整个结构形成各个击破，这是极不利的。
当墙肢长度超过8m 时，有两种处理方法：开施工洞或开计算洞。
开施工洞，即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。开计算洞，即结构计算时设有洞，施工时仍为混凝土墙，这样计算，可使其它小墙肢的配筋得到加强。适用于地下室外墙等，不能开施工洞的位置。
剪力墙厚度的确定
《高规》中对剪力墙的截面尺寸有着详细的规定，对于我们设计的位于8 度区的三级抗震剪力墙，《高规》是这样规定的：按二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不应小于200mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1/20，且不应小于160mm。
剪力墙连梁超筋的处理
剪力墙结构设计中连梁超筋是一种常见现象。连梁的超筋，实质是剪力不满足剪压比要求。连梁易超筋的部位，一般剪力墙结构中，在总高度的1/3 左右的楼层；平面中当墙段较长时，多在其中部的连梁；某墙段中墙肢截面高度大小悬殊不均匀时，在墙肢处连梁易超筋。剪力墙连梁对剪切变形十分敏感，当剪力墙连梁不满足连梁的尺寸要求时，《高规》7.2.25 条给出了如下处理方法：
（1）减小连梁的截面高度。
（2）抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅。
（3）当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋计算。
当第1、2 种措施不能解决问题时，可采用第3种措施来处理，即假定连梁在大震下破坏，不再约束墙肢。另外，可在易超筋的部位，连梁按铰接处理进行整体计算，但应注意结构层间位移比尚需满足规范要求。
剪力墙边缘构件的设置
对延性要求比较高的剪力墙，在可能出现塑性铰的部位应设置约束边缘构件，其他部位可设置构造边缘构件。
根据《高规》的要求，设置约束边缘构件部位有：一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部；设置构造边缘构件部位有：一、二级抗震剪力墙除约束边缘构件外的其他部位，以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部。
《高规》7.2.16 条，7.2.17 条对约束边缘构件和构造边缘构件的尺寸大小，配筋形式，箍筋的体积配箍率及纵筋的最小配筋率都做出了明确的规定。
当然，实际设计时，还应根据具体情况，适当合并相邻的边缘构件，形成各种异型的边缘构件。绘制边缘构件编号图和配筋大样图是一件很繁琐的工作，我们这次使用了探索者结构软件，在手工绘制好的模板图上，设置好抗震等级、混凝土强度、钢筋等级等基本信息，软件就可以自动按照规范要求生成边缘构件编号平面图和剪力墙暗柱表等。
剪力墙墙身分布钢筋的构造要求
《高规》7.2.18 中规定，一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率，一、二、三级抗震设计时不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时不应小于0.20%。显然，对于我们设计的位于8 度区的二级抗震剪力墙，墙身分布钢筋配筋率不应小于0.25%。显然，我初次设计时，就犯了一个错误，想当然地认为这个配筋率和梁截面的配筋率一样，是单侧钢筋的配筋率，致使钢筋选的偏大。在校对中，同事纠正了我的错误。
结束语：
总之，只要解决好包括上述提到的问题，仔细按照规范设计，多思考，多总结，高层剪力墙结构的设计工作在满足建筑等专业功能需求，满足结构安全性要求的前提下，可以做到快速、准确完成。
参考文献：
[1] 林同炎. 结构概念设计和体系（第二版）. 北京：中国建筑工业出版社