李桂萍

（南寧市規(guī)劃局，廣西 南寧 530000）

相對于框架結構，剪力墻結構更為簡潔、寬敞，使用功能更好，為住戶的自行改造增大了靈活性，加大了使用面積，因而廣泛受到建筑師和業(yè)主的歡迎。但由于短肢剪力墻結構抗震性能較差，且地震區(qū)應用經(jīng)驗不多。因此，剪力墻結構在設計時要注意許多問題。

1 高層建筑的結構受力特點

1.1 軸向變形

高層建筑的豎向荷載一般較大，會在柱中引起相當大的軸向變形從而影響連續(xù)梁彎矩，同時還會影響預制構件的下料長度。因此必須考慮軸向變形計算值，對下料長度作相應調(diào)整。

1.2 水平荷載

對于一定高度范圍的高層建筑而言，豎向荷載基本固定不變，而包括風荷載與地震作用的水平荷載的數(shù)值，則會隨結構動力特性的區(qū)別而發(fā)生較大范圍的變化。

1.3 側移的控制

結構側移是高層建筑結構設計的關鍵。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形會隨著建筑高度的升高而迅速增大?；谶@一原因，水平荷載作用下的側移必須嚴格控制在一定范圍內(nèi)。

1.4 結構延性

高層建筑比矮層樓房的結構更柔和，因此遇到地震等劇烈震動時所發(fā)生的形變會更大。為保證建筑在塑性變形階段中仍能具備強變形能力，必須在結構設計上采取相應措施以保證結構的延性。

2 剪力墻結構的特點

剪力墻是一種能較好的抵抗水平荷載的墻。剪力墻由于能有效抵抗水平荷載，因此在總體的墻面結構上具有以下特點：抗側剛度大，側移??；室內(nèi)墻面較為平整；結構自重大，吸收地震的能量大；一般剪力墻的墻肢截面高度與厚度之比很大，在水平荷載的作用下，通?？辜魟偠绕鹂刂谱饔?，故其耗能較差。所以它常常應用在層數(shù)較多（20層以上）的高層建筑中，當剪力墻洞口較小時，剪力墻整體性能比較好，剪力墻截面彎曲破壞極限承載力可以按照全截面抗彎計算。另外，采用剪力墻結構，會使室內(nèi)較框架結構簡潔，沒有露梁和露柱現(xiàn)象，外形美觀，便于室內(nèi)布置。但也存在缺點，例如剪力墻結構的抗側剛度大，會引起較大地震反應，使得上部結構和基礎費用增加；由于混凝土墻體較多，使得建筑物重量增加，這也同樣引起較大地震反應，進而造成浪費；剪力墻結構中各墻肢軸壓比往往較低，使得各墻肢的承載能力得不到充分發(fā)揮；剪力墻結構中墻體多為構造配筋，配筋率均較低，使得結構延性較差。

3 剪力墻結構的設計要點

剪力墻作為豎向構件是形成結構抗側力剛度的最主要構件，它在建筑中承擔著整個結構的豎向荷載和絕大部分水平荷載。剪力墻建筑結構的設計應注意以下幾個方面：

3.1 剪力墻布置

剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且x、y兩向的剛重比接近。在結構布置時應盡量避免僅單向有墻的結構布置形式，以使其具有較好的空間工作性能，并且使兩個受力方向的抗側剛度接近，若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱，當梁高大于墻厚的 2.5倍時，應計算暗柱配筋，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件兩個方向均應布置成長墻。

3.2 剪力墻厚度確定

剪力墻墻肢截面比較適宜簡單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應均勻，其門窗洞口最好成列布置、上下對齊，形成明確的連梁和墻肢。避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置，在抗震結構設計時，一、二、三級抗震等級剪力墻的底部加強部位最好不要采用錯洞墻，二、三級抗震等級的剪力墻均不宜采用疊合錯洞墻。

《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中對剪力墻的截面尺寸具體規(guī)定如下：“按一、二級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/16，且不應小于200 mm，其他部位不應小于層高或剪力墻的1/20，且不應小于160 mm；按三、四級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應小于層高或剪力墻元支長度的1/20，且不應小于160 mm，其他部位不應小于層高或剪力墻的1/25，且不應小于180 mm?！?/p>

3.3 剪力墻墻體配筋

一般要求水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內(nèi)側。配筋滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。加強區(qū)φ10@200，非加強區(qū)φ8@200雙層雙向即可。雙排鋼筋之間采用φ6@600×600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側壓力控制，而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側，豎向鋼筋放在外側。

3.4 設置邊緣構件

對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強區(qū) 0.7%，一般部位 0.5%。對于短肢剪力墻，控制配筋率加強區(qū) 1.2%，一般部位 1.0%；對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區(qū) 1.2%，一般部位 1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設計中往往就按長肢墻進行暗柱配筋。

4 工程實例

4.1 工程概況

某工程，總建筑面積為12 570 m2，采用短肢剪力墻結構，為12層住宅樓，層高3 m，頂層為復式住宅，屋頂為四坡屋面。

4.2 剪力墻結構設計

由于整個樓層的建筑平面較為復雜，采用在○14和○15軸間設置雙墻防震縫，在○D和○E軸間設置懸挑構件抗震縫的處理方法，將平面分成相對獨立的 4個部分，各部分的長寬比 L1/B1max＝29/9.4＝3.09＜5，L2/B2max＝117.52/17.02＝1.03＜5。高寬比 Hl/B1＝37.44/9.4＝3.98＜6。H2/B2＝41.94/17.02＝2.46＜6，符合規(guī)范要求。結構層高1層～12層為3.0 m，坡屋面層高0.55～2.47 m，坡度為40%。平面的南側拐角處設有陽光房，平面突出的部分為六邊形，突出長度為2.1 m，L/Bmax＜0.3，符合規(guī)則建筑平面布置要求。

4.3 結構設計的主要參數(shù)

場地類型為II類建筑場地，剪力墻抗震等級為二級。水平地震作用按x，y兩個方向計算。同時考慮扭轉耦聯(lián)，周期折減系數(shù)0.85，計算取9個振型，結構阻尼比0.05，豎向力按模擬施工加載方式計算，恒活荷載分開計算。修正后的基本風壓為0.35，地面粗糙度為B類，結構體型系數(shù)為1.4。連梁剛度折減系數(shù)0.7，地震力分項系數(shù)為1.3，風荷載分項系數(shù)為1.4，恒荷載分項系數(shù)為1.2，活荷載分項系數(shù)為1.4。

本工程基礎采用鋼筋混凝土墻下條基（有肋梁），剪力墻厚度內(nèi)外墻均為200 mm，連梁截面b×h為200×（370～570） mm，樓板厚度100～130 mm，混凝土強度等級為C35C25。地基采用天然地基，以③層黏土層作為持力層，Es＝15 MPa，fak＝300 kPa。

4.4 剪力墻的布置

按照抗震設計要求，結合窗間墻、樓梯間及房間四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”，形、“Z”形或“十”字形墻段，沿結構平面各主軸方向均勻、對稱布置，做到剛心和質心重合，減少結構扭轉。各墻肢肢長不宜相差太大，截面高厚比可以控制在5～8之間，避免出現(xiàn)高厚比小于3的小墻肢，使各墻肢剛度接近，保證在水平地震力作用下，各墻肢受力均勻，避免個別長墻因內(nèi)力太大而出現(xiàn)超筋。另外在④～⑥軸，⑩～⑥軸間形成4個較為完整的弱筒，以增強整個結構的抗側力性。在豎向，要求墻肢上下對齊、連續(xù)。在同一軸線上的各墻肢通過連系梁連接，可增加對墻肢的約束，提高結構的抗震性能。為了保證連梁具有較好的剛度和延性，取其跨高比為4≤l/h≤8較為合適。

4.5 墻肢截面設計

塔樓周圍及肢長/肢寬＜3的小墻肢均按框架柱的抗震要求配置縱筋及箍筋，并降低軸壓比提高要求。連梁高度的設計計算從剪力墻洞頂至樓板面或屋面，窗間墻和窗臺以下墻體采用輕質材料砌筑。連梁正截面配筋按矩形截面構件計算，取上、下配筋兩者之中的較大值，配置于梁截面上、下部位，考慮到施工因素，一般每排布置2根縱筋為宜，也可根據(jù)墻厚適當增加。按斜截面抗剪計算所得的箍筋沿梁全長加密布置，對于個別連梁由于跨高比較大、剛度大，可能出現(xiàn)超筋，地震作用下允許其局部出現(xiàn)裂縫，可將連梁剛度折減。為保證結構平面剛度，樓層最小板厚100 mm，在南側陽光房塔樓處適當增加厚度。

5 結束語

總之，由于剪力墻結構簡潔、寬敞，使用功能好，為住戶的自行改造增大了靈活性，加大了使用面積，在高層住宅中的運用將會越來越廣泛。因此，工程設計人員必須充分理解新規(guī)范編制原理，將新高規(guī)和新抗震規(guī)范和工程實際情況緊密結合，不斷提高工程設計水平。