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摘要：现在城市在快速发展，高层建筑已是城市建设和生活的主流。剪力墙结构是不可缺少的构件。剪力墙在建筑结构中承担着竖向和水平荷载，具有良好的抗震和抗风性，其很适合高层建筑的使用。本文就剪力墙结构设计方面进行分析，供大家参考。
关键词：高层建筑，剪力墙，结构设计
1前言
随着社会经济的迅速发展，安全、经济、适用是人们对建筑工程设计提出的三大要求，即高层建筑在保证安全的前提下，应尽可能满足建筑的经济性、适用性，不影响市场销售情况和未来使用者的居住质量。因此，其在高层建筑结构设计中的应用也越来越多。而如何做好高层建筑剪力墙结构的优化设计是结构设计人员需不断探讨的难题。本文就结合笔者多年的实践经验，针对高层建筑剪力墙结构设计中的几个问题作一分析。
2 剪力墙的分类
剪力墙因为孔洞的大小不同，受力状况和特点都会不同，其变形状态和内力分布都会发生变化。根据其开洞的情况可以分为实体墙、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙、壁式框架等。
1）实体墙。实体墙就不开洞或者开洞不超过墙的15%。其受力特点和整体悬臂梁比较类似，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态和偏心受压柱相似。整体高度上变形主要是弯曲型，无反弯点和突变。
2）整体小开口剪力墙。整体小开口剪力墙是开洞仍然比较小但是洞口面积大于15%。其受力性能可以按整体悬臂梁考虑，并且还要考虑墙肢的局部弯矩。其弯矩图在整个墙肢高度上没有反弯点，而在连梁处发生突变。
3）双肢或多肢剪力墙。双肢或多肢剪力墙是墙体开洞很大或者洞口成列布置。其受力特点和整体小开口剪力墙比较类似。受力特点与整体小开口墙相似。
4）壁式框架。壁式框架是洞口尺寸很大，墙体肢线和连梁线这两的刚度差不多的墙。其受力特点的弯矩图的突变发生在楼层处，并且基本上所有的楼层都会有反弯点。
3 高层建筑剪力墙布置
3.1 高层建筑剪力墙布置原则
高层建筑剪力墙的布置是沿着主轴方向或者其他某一方向进行双向布置，在同一平面内剪力墙的布置要保持均衡。高层建筑剪力墙的高与宽通常尺寸都比较大，厚度又较薄，在墙体受力方面受到水平剪力、弯矩、竖向压力。高层建筑的剪力墙需要具有抗震、抗风载的能力，所以其结构需要满足非弹性变形和避免脆性剪力断裂，剪力墙的设计类型可以尽量采用延性弯曲型。
3.2 剪力墙结构优缺点
剪力墙结构的优点与缺点分别是：
1）剪力墙结构优点：剪力墙的承载能力较强，侧向的刚度大、变形小，剪力墙墙面平整适用于单层高度较小的建筑，例如：住宅、宾馆等。
2）剪力墙结构缺点：剪力墙结构自身重量较大，高层建筑平面布置的局限性有限，难以获得更大的建筑空间。
剪力墙可以分为框支剪力墙结构与框架剪力墙结构，框支剪力墙结构是将剪力墙结构的建筑底层做成框架结构，适用于做成转换层高层建筑。框架剪力墙结构可以将框架与剪力墙一同作为承载体，可接收来自竖向与水平方向的荷载，其中框架主要用来承担来自竖向的荷载，剪力墙主要用来承载来自横向的剪切力。
3.3 剪力墙结构设计计算 .
剪力墙结构设计计算是对剪力墙的正截面承载力和剪力墙斜截面受剪力进行验算。验算时需要对剪力墙的整体结构进行分析，根据剪力墙水平受力与竖向受力求得剪力墙的内力。剪力墙结构计算的原则是：
1）要与施工图一致；2）剪力墙荷载取值准确；3）地下室作为指定层数；4）整体计算参数与内力配筋调整参数应与整体分析程序相对应；5）地下室人防、楼梯、地下室侧壁、顶板、水池壁板、挡土墙、车道板、雨篷等抗扭构件，异型板、立面小构件等的补充计算，尽可能采用其他结构软件的计算工具计算，无相关工具的采用手算。
3.4 剪力墙结构设计规范
高层建筑剪力墙的墙体厚度规定大于160 mm，底部加强厚度大于200 mm。采用竖向钢筋进行墙体边缘配筋，确定剪力墙的稳定性，横向配筋提高剪力墙的抗震能力。
4 结构分析
（1）计算调整
若层间位移角不满足规范要求，可采取以下措施：查看位移文件以确定哪些楼层位移角超限，一般情况是结构中上部楼层，若超限不多，可通过提高剪力墙变厚度位置加以解决，否则需增加剪力墙的布置量或关键连粱的高度。若周期比、位移比不满足规范要求，可采取以下措施：1）将结构周边程序定义为连梁的梁改为框架梁或增加连梁高度；以增加结构外围刚度；2）减少结构中部剪力墙布置量及降低连梁高度以增大结构的平动周期而间接改善周期比、位移比；3）查看结构空间振型曲线，找出位移最大点，在该位置处适当增加剪力墙布置量，再计算以使周期比、位移比、层间位移角满足规范要求。若层间位移角较规范限值富余较多，应适当调整梁布置及减小梁截面，将部分连接复杂的梁改为铰接梁，以降低梁刚度，从而减小地震作用，降低成本。
（2）连梁超筋：计算分析中，个别连梁超筋经常出现。对超筋连梁，加高连梁的方式一般来说收效不大，应扩大洞口宽度或减小梁截面，增大连梁的跨高比，减小该片联肢墙刚度，转移其承担的部分地震力，从而降低连粱内力达到不超筋的目的；对调整确有难的梁，若有其他可靠水平力传递路径也可以通过降低梁的弯剪刚度而不减小梁截面的方法进行调整。
（3）剪力墙端拐角处的小墙垛，若非特别要求，计算分析中可不建立此类构件的模型，因计算结果表明小墙垛超筋或配筋较大的现象普遍存在（若因连接较大跨度梁造成计算配筋较大应按实际配筋），给截面配筋设计带来较大困难。
（4）框一剪结构进行剪力调整的目的，是让作为第二道防线的框架有足够的安全储备，对仅有少量柱的剪力墙结构，柱起不到第二道防线的作用，可以不做剪力调整，笔者认为框架柱承担倾覆力矩比不到lO%的可不进行调整。
5 构造措施
（1）对带翼缘的边缘构件为计算配筋且配筋量较大时，建议用 “剪力墙组合配筋”重新计算该边缘构件，该边缘构件总体配筋会减少15%～40%，计算初值选默认的构造配筋值。
（2）当剪力墙洞口面积与墙面积之比不大于0.16且洞口净距及洞口至墙边距离大于洞口长边尺寸时，因开洞形成的一字形墙可不作为单片墙宜接整个墙段计算，内部洞口两侧可仅配构造边缘构件。
（3）当剪力墙混凝土强度等级为C50-C60且墙较长时或顶层外墙等温度应力影响较大的区域，为减少混凝土收缩及温度应力引起的裂缝，应加大水平分布钢筋的配置量。
（4）剪力墙顶部应设置暗梁，以便连梁、框架，梁纵筋及剪力墙竖向钢筋锚固，暗梁高度400-500mm，按构造要求配置纵筋和箍筋。
（5）无上部剪力墙相连的地下室墙，均无需设置边缘构件，洞口按构造配筋。因为无上部剪力墙相连的地下室，一般均属矮墙，以承受竖向轴力和剪力（外墙尚有平面外荷载），墙肢平面内为非偏心受压构件。
6 结语
随着社会的发展和人们生活水平的提高，城市的高楼化趋势不可动摇，高层建筑将会快速发展，所以剪力墙结构会得到更多的运用。剪力墙的抗震性好，造价相对低廉这就给剪力墙结构的发展提供了更好的准备。设计人员在对剪力墙的设计的时候要从各方面对其进行优化设计，提高其方案水平，在满足各方面的要求的时候使建筑物更加安全可靠。
关键词：高层建筑，剪力墙，结构设计
1前言
随着社会经济的迅速发展，安全、经济、适用是人们对建筑工程设计提出的三大要求，即高层建筑在保证安全的前提下，应尽可能满足建筑的经济性、适用性，不影响市场销售情况和未来使用者的居住质量。因此，其在高层建筑结构设计中的应用也越来越多。而如何做好高层建筑剪力墙结构的优化设计是结构设计人员需不断探讨的难题。本文就结合笔者多年的实践经验，针对高层建筑剪力墙结构设计中的几个问题作一分析。
2 剪力墙的分类
剪力墙因为孔洞的大小不同，受力状况和特点都会不同，其变形状态和内力分布都会发生变化。根据其开洞的情况可以分为实体墙、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙、壁式框架等。
1）实体墙。实体墙就不开洞或者开洞不超过墙的15%。其受力特点和整体悬臂梁比较类似，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态和偏心受压柱相似。整体高度上变形主要是弯曲型，无反弯点和突变。
2）整体小开口剪力墙。整体小开口剪力墙是开洞仍然比较小但是洞口面积大于15%。其受力性能可以按整体悬臂梁考虑，并且还要考虑墙肢的局部弯矩。其弯矩图在整个墙肢高度上没有反弯点，而在连梁处发生突变。
3）双肢或多肢剪力墙。双肢或多肢剪力墙是墙体开洞很大或者洞口成列布置。其受力特点和整体小开口剪力墙比较类似。受力特点与整体小开口墙相似。
4）壁式框架。壁式框架是洞口尺寸很大，墙体肢线和连梁线这两的刚度差不多的墙。其受力特点的弯矩图的突变发生在楼层处，并且基本上所有的楼层都会有反弯点。
3 高层建筑剪力墙布置
3.1 高层建筑剪力墙布置原则
高层建筑剪力墙的布置是沿着主轴方向或者其他某一方向进行双向布置，在同一平面内剪力墙的布置要保持均衡。高层建筑剪力墙的高与宽通常尺寸都比较大，厚度又较薄，在墙体受力方面受到水平剪力、弯矩、竖向压力。高层建筑的剪力墙需要具有抗震、抗风载的能力，所以其结构需要满足非弹性变形和避免脆性剪力断裂，剪力墙的设计类型可以尽量采用延性弯曲型。
3.2 剪力墙结构优缺点
剪力墙结构的优点与缺点分别是：
1）剪力墙结构优点：剪力墙的承载能力较强，侧向的刚度大、变形小，剪力墙墙面平整适用于单层高度较小的建筑，例如：住宅、宾馆等。
2）剪力墙结构缺点：剪力墙结构自身重量较大，高层建筑平面布置的局限性有限，难以获得更大的建筑空间。
剪力墙可以分为框支剪力墙结构与框架剪力墙结构，框支剪力墙结构是将剪力墙结构的建筑底层做成框架结构，适用于做成转换层高层建筑。框架剪力墙结构可以将框架与剪力墙一同作为承载体，可接收来自竖向与水平方向的荷载，其中框架主要用来承担来自竖向的荷载，剪力墙主要用来承载来自横向的剪切力。
3.3 剪力墙结构设计计算 .
剪力墙结构设计计算是对剪力墙的正截面承载力和剪力墙斜截面受剪力进行验算。验算时需要对剪力墙的整体结构进行分析，根据剪力墙水平受力与竖向受力求得剪力墙的内力。剪力墙结构计算的原则是：
1）要与施工图一致；2）剪力墙荷载取值准确；3）地下室作为指定层数；4）整体计算参数与内力配筋调整参数应与整体分析程序相对应；5）地下室人防、楼梯、地下室侧壁、顶板、水池壁板、挡土墙、车道板、雨篷等抗扭构件，异型板、立面小构件等的补充计算，尽可能采用其他结构软件的计算工具计算，无相关工具的采用手算。
3.4 剪力墙结构设计规范
高层建筑剪力墙的墙体厚度规定大于160 mm，底部加强厚度大于200 mm。采用竖向钢筋进行墙体边缘配筋，确定剪力墙的稳定性，横向配筋提高剪力墙的抗震能力。
4 结构分析
（1）计算调整
若层间位移角不满足规范要求，可采取以下措施：查看位移文件以确定哪些楼层位移角超限，一般情况是结构中上部楼层，若超限不多，可通过提高剪力墙变厚度位置加以解决，否则需增加剪力墙的布置量或关键连粱的高度。若周期比、位移比不满足规范要求，可采取以下措施：1）将结构周边程序定义为连梁的梁改为框架梁或增加连梁高度；以增加结构外围刚度；2）减少结构中部剪力墙布置量及降低连梁高度以增大结构的平动周期而间接改善周期比、位移比；3）查看结构空间振型曲线，找出位移最大点，在该位置处适当增加剪力墙布置量，再计算以使周期比、位移比、层间位移角满足规范要求。若层间位移角较规范限值富余较多，应适当调整梁布置及减小梁截面，将部分连接复杂的梁改为铰接梁，以降低梁刚度，从而减小地震作用，降低成本。
（2）连梁超筋：计算分析中，个别连梁超筋经常出现。对超筋连梁，加高连梁的方式一般来说收效不大，应扩大洞口宽度或减小梁截面，增大连梁的跨高比，减小该片联肢墙刚度，转移其承担的部分地震力，从而降低连粱内力达到不超筋的目的；对调整确有难的梁，若有其他可靠水平力传递路径也可以通过降低梁的弯剪刚度而不减小梁截面的方法进行调整。
（3）剪力墙端拐角处的小墙垛，若非特别要求，计算分析中可不建立此类构件的模型，因计算结果表明小墙垛超筋或配筋较大的现象普遍存在（若因连接较大跨度梁造成计算配筋较大应按实际配筋），给截面配筋设计带来较大困难。
（4）框一剪结构进行剪力调整的目的，是让作为第二道防线的框架有足够的安全储备，对仅有少量柱的剪力墙结构，柱起不到第二道防线的作用，可以不做剪力调整，笔者认为框架柱承担倾覆力矩比不到lO%的可不进行调整。
5 构造措施
（1）对带翼缘的边缘构件为计算配筋且配筋量较大时，建议用 “剪力墙组合配筋”重新计算该边缘构件，该边缘构件总体配筋会减少15%～40%，计算初值选默认的构造配筋值。
（2）当剪力墙洞口面积与墙面积之比不大于0.16且洞口净距及洞口至墙边距离大于洞口长边尺寸时，因开洞形成的一字形墙可不作为单片墙宜接整个墙段计算，内部洞口两侧可仅配构造边缘构件。
（3）当剪力墙混凝土强度等级为C50-C60且墙较长时或顶层外墙等温度应力影响较大的区域，为减少混凝土收缩及温度应力引起的裂缝，应加大水平分布钢筋的配置量。
（4）剪力墙顶部应设置暗梁，以便连梁、框架，梁纵筋及剪力墙竖向钢筋锚固，暗梁高度400-500mm，按构造要求配置纵筋和箍筋。
（5）无上部剪力墙相连的地下室墙，均无需设置边缘构件，洞口按构造配筋。因为无上部剪力墙相连的地下室，一般均属矮墙，以承受竖向轴力和剪力（外墙尚有平面外荷载），墙肢平面内为非偏心受压构件。
6 结语
随着社会的发展和人们生活水平的提高，城市的高楼化趋势不可动摇，高层建筑将会快速发展，所以剪力墙结构会得到更多的运用。剪力墙的抗震性好，造价相对低廉这就给剪力墙结构的发展提供了更好的准备。设计人员在对剪力墙的设计的时候要从各方面对其进行优化设计，提高其方案水平，在满足各方面的要求的时候使建筑物更加安全可靠。