摘要：剪力墻結構作為高層建筑中的主要結構形式，被廣泛運用于現代高層建筑。剪力墻結構既抵抗側向力又承受豎向荷載，由于它是截面高度大而厚度相對很小的"片"狀構件，有著承載力大和平面內剛度大等優點，但也具有剪切變形相對較大、平面外較薄弱的不利性能。此外，開洞后的剪力墻形式變化多，受力狀況比較復雜，因而了解剪力墻的特性，發揮其所長，克服其所短，是正確設計剪力墻的關鍵。

　　關鍵詞：剪力墻 ; 結構設計

　　Abstract: The shear wall structure as high-rise buildings in the main structure which is widely used in modern high-rise buildings. Shear wall structure of both the resistance to lateral forces to withstand vertical loads, because it is the section height and thickness of the relatively small "film"-like structures, has a large carrying capacity and stiffness in the plane, etc., but also with shear deformation relatively large, the weaker negative performance plane. In addition, the changes of form of the shear wall in the open hole, the stress situation is more complex, and thus to understand the characteristics of the shear wall, play their skills to overcome their short, it is the key to the proper design of shear walls.

　　Key words: shear wall; structural design

　　中圖分類號 :TU398+.2文獻標識碼： A 文章編號：

　　1 剪力墻結構的基本含義

　　1.1 剪力墻的定義:①一般剪力墻是指墻肢截面長度與厚度之比大于8的豎向構件，短肢剪力墻是指墻肢截面長度與厚度之比為4～8的剪力墻;當比值小于4時，則按柱計算②高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構;③短肢剪力墻較多時，應布置筒體(或一般剪力墻)，形成短肢剪力墻與筒體(或一般剪力墻)共同抵抗水平力的剪力墻結構。

　　1.2 短肢剪力墻結構的必要條件:抗震設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%。

　　1.3 剪力墻結構的下限:當短肢墻較少時，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結構設計。下限規范沒有規定，可以靈活掌握。如果在剪力墻結構中，只有個別短肢墻，不應看成短肢剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。

　　2 剪力墻設計中的基本概念

　　2.1 剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態接近于柱，而與柱的區別主要是其長度與厚度的比值，當比值小于或等于4時可按柱設計，當墻肢長與肢寬之比略大于4或略小于4時可視為為異形柱，按雙向受壓構件設計。

　　2.2 剪力墻結構中，墻是一平面構件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力;在軸力，彎矩，剪力的復合狀態下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外，還必須滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。

　　2.3 實際工程中剪力墻分為整體墻和聯肢墻:整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結構片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂，當剪力墻墻肢較長時，在力作用下法向應力呈線性分布，破壞形態似偏心受壓柱，配筋應盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端;為防止剪切破壞，提高延性應將底部截面的組合設計內力適當提高或加大配筋率;為避免斜壓破壞墻肢不能過小也不宜過長，以防止截面應力相差過大。聯肢墻是由連梁連接起來的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨作用顯著。

　　壁式框架:當剪力墻開洞過大時形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內力作用下許多墻肢將出現反彎點，墻已類似框架的受力特點，因此計算和構造應按近似框架結構考慮。

　　綜上所述，設計剪力墻時，應根據各型墻體的特點，不同的受力特征，墻體內力分布狀態并結合其破壞形態，合理地考慮設計配筋和構造措施。

　　2.4 墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，求得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中，對帶翼墻的計算寬度按以下情況取其小值:即①剪力墻之間的間距;②門窗洞口之間的翼緣寬度;③墻肢總高度的1/10;④剪力墻厚度加兩側翼墻厚度各6倍的長度。

　　2.5 為了保證墻體的穩定性及便于施工，使墻有較好的承載力和地震作用下耗散能力，規范要求一、二級抗震墻時墻的厚度應³160mm，底部加強區宜³200mm，三、四級抗震等級時應³140mm，豎向鋼筋應盡量配置于約束邊緣。

　　2.6 在上述提到，在本地區，短肢剪力墻的定義，如墻厚³300mm，且³1/15層高，即使墻肢截面長度與厚度之比為4～8，也可視為一般剪力墻進行設計。

　　以上所述的剪力墻設計中的概念問題可能絕大部分設計人員都懂，但實際應用到工程設計中，施工圖紙表達出來的東西有時則存在很大差別，追究原因，許多是與具體的構造處理有關，因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。

　　3 剪力墻結構設計要點

　　3.1 A級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度。

　　全部落地剪力墻---非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時，分別為150、140、120、100、60m部分框支剪力墻---非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為130、120、100、80m，9度抗震時不宜采用A級高度甲類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:6度、7度、8度抗震時，將本地區設防烈度提高一級后，按乙類、丙類建筑采用9度抗震時，應專門研究(說明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構架等高度)。

　　3.2 B級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度。

　　全部落地剪力墻非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為180、170、150、130m部分框支剪力墻---非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為150、140、120、100mB級高度甲類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:6度、7度抗震時，按本地區設防烈度提高一級后，按乙類、丙類建筑采用8度抗震時，應專門研究。

　　3.3 結構的最大高寬比。

　　A級高度---非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時，分別為6、6、6、5、4B級高度---非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為8、7、7、6。

　　3.4 質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響; 其他情況，應計算單向水平地震作用的扭轉影響。

　　3.5 考慮非承重墻的剛度影響，結構自振周期折減系數取值0.9～1.0。

　　3.6 水平位移驗算:多遇地震作用下的最大層間位移角 £罕遇地震作用下的薄弱層層間彈塑性位移角£1/120。

　　3.7 舒適度要求:高度超過150m的高層建筑，按10年一遇的風荷載取值計算的順風向與橫風向結構頂點的最大加速度限值為：住宅、公寓 0.15m/s2，辦公、旅館 0.25m/s2。

　　4 剪力墻結構計算的要點

　　現簡單闡述一下高層剪力墻結構計算的幾個要點。地震周期，層間位移角，軸壓比等基本控制參數在這里不再講述，下面講述：

　　4.1 剪重比:剪重比是抗震設計中非常重要的參數。規范之所以規定剪重比，主要是因為長期作用下，地震影響系數下降較快，由此計算出來的水平地震作用下的結構效應可能太小。而對于長周期結構，地震動態作用下的地面加速度和位移可能對結構具有更大的破壞作用，但采用振型分解法時無法對此作出準確的計算。因此，出于安全考慮，規范規定了各樓層水平地震力的最小值，該值如果不滿足要求，則說明結構有可能出現比較明顯的薄弱部位，必須進行調整。08版《抗震規范》5..2.5作了詳細規定。另外，對于存在豎向不規則的薄弱層，其剪力系數應放大1.15倍;

　　4.2 剛重比:剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數。該值如果不滿足要求，則可能引起結構失穩倒塌，結構計算時應按《高規》5.4.1-5.4.4相關規定作每層剛重比驗算。按EJd/GH**2計算，比值³2.7，則不需要作重力二階驗算，2.7³比值³1.4，則需要作重力二階驗算，如比值小于1.4，則說明結構體系不滿足結構整體穩定性;

　　4.3 層間剛度比:層間剛度比是控制結構豎向不規則的重要指標。根據《抗震規范》和《高規》的要求，三種剛度比的計算方式，分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比。正確認識這三種剛度比的計算方法和適用范圍是剛度比計算的關鍵：1)剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉換結構及對地下室嵌固條件的判定;2)剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉換結構;3)地震力與層間位移比是執行《抗震規范》第3.4.2條和《高規》4.3.5條的相關規定，通常絕大多數工程都可以用此法計算剛度比。當結構豎向構件轉換時，就必須考慮轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比。此外，周期比，層間位移及位移比等控制參數均需按規范作嚴格控制，這里不再敘述。

　　5 剪力墻的邊緣構造

　　結構試驗表明矩形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差;計算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性;因此在矩形墻兩端設約束邊緣構件不但能較顯著地提高墻體的延性，還能防止剪力墻發生水平剪切滑動提高抗剪能力。

　　6 剪力墻結構的厚度和配筋問題

　　6.1 墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現后發生脆性剪切破壞，同時起到抵抗溫度應力防止砼出現裂縫，設計中當建筑物較高較長或框剪結構時配筋宜適當增加，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當增加。但對于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率可適當減小。

　　6.2 墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用，目前在一些多層低高層剪力墻中計算結果多為構造配筋;但配筋時所取的配筋率往往扣除了約束邊緣構件或構造邊緣構件中的鋼筋，個人覺得豎向最小配筋率應該包括邊緣構件中的鋼筋，墻肢的豎向配筋原則也應該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區并保證鋼筋間距≦300mm，也應該注意防止豎筋過多使墻的抗彎承載力遠大于抗剪承載力，對抗震不利。

　　7 剪力墻結構的超長問題

　　混凝土規范9.1.1條規定現澆混凝土剪力墻結構的溫度伸縮縫最大間距當在室內或土中時為45m，露天時為30m;而現澆框架剪力墻或框架核心筒結構的伸縮縫間距可取45～55m，規范的這一規定顯然與現今建筑的體量越來越大但功能又要求不設縫發生矛盾;因此目前許多工程中的伸縮縫間距都突破了規范的規定，也造成了設計人員在設計中遇到超長結構時的膽量越來越大。個人覺得今后當剪力墻結構超長時，應該慎重處理為好，過長時應該盡量設置溫度伸縮縫，宜較嚴格遵守規范規定的限值，理由如下：

　　7.1 剪力墻結構剛度大，受溫差影響大，混凝土的收縮、徐變產生的變形大，墻體對樓面、屋面產生的約束也大;當結構發生收縮變形時比其他結構易出現裂縫。一些未超長的剪力墻結構產生墻體或樓面裂縫，其主要原因就在此。

　　7.2 混凝土結構受溫度或收縮徐變的影響與眾多因素有關;而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復雜，混凝土收縮大，約束應力積聚也大，施工工藝及管理也難控制，環境影響使用變化難于判斷，因此更難于解決混凝土收縮變形時，在受約束條件下引起拉應力而保證不出現裂縫。

　　7.3 目前隨著市場形勢的變化，大部分工程要趕工加班，質量難保證，為趕工混凝土中水泥用量普遍增大，使混凝土收縮量增大，加上由于混凝土強度的提高，使彈性模量增加將引起更大的約束拉應力產生，使結構出現裂縫的因素增多。

　　7.4 普遍使用商品混凝土泵送施工，為了泵送，增大水泥用量，減少了中粗骨料含量和骨料粒徑，加上泵送混凝土配合比和施工送料時的不良因素影響等都加大了結構收縮量，增加產生裂縫的因素。

　　綜上所述，今后在處理超長結構時，特別是處理超長的剪力墻結構時要特別慎重;當發生實在由于建筑使用功能要求不允許超長建筑設永久縫時，建議采用對結構施加預應力的方法并結合采用設計構造措施、施工措施共同給予處理

　　結語：

　　隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，對建筑剪力墻結構設計也提出了更高的要求。打破建筑結構設計中的墨守成規，充分發揮結構工程師的創新和應用能力，是相當必要的。因為他們是結構設計革命的推動者和執行者，這則需要工程界進行共同的努力，推廣更好的概念設計思想的一種有效辦法。

　　參考文獻:

　　[1]于 群.小高層住宅中短肢剪力墻結構的設計應用[J].中國科技信息,2005.

　　[2]《高層建筑混凝土結構技術規程》中國建筑工業出版社。

　　[3] JGJ5-2002.高層建筑混凝土結構技術規程[S]