剪力墙结构设计实例解析
文 / 袁春红 【期刊名称】建筑
【年(卷),期】2017(000)015 【总页数】2
目前，剪力墙结构在建筑结构设计中的应用尤其广泛，且表现出抗震性强、整体性优及刚度大等优点。在本案中，笔者根据剪力墙结构设计的理论知识，举例浅析建筑剪力墙结构的设计，并根据案例介绍一种可行的剪力墙结构布置方案。
1 引言
剪力墙是一种纵、横向主要承重结构皆为结构墙的结构，其按剪力墙的开洞情况，可分为壁式框架、双（或多）肢剪力墙、整体小开口剪力墙及实体墙，其中整体小开口剪力墙的开洞面积＞15%。鉴于剪力墙高、宽但薄，则通常应设计为延性弯曲型，同时还应坚持如下布置原则：一是鉴于剪力墙结构的全部竖向力与水平力都由剪力墙承受，因此应沿建筑物的主要轴线双向布置；二是剪力墙应尽量拉通对直，以增加其抗震能力；三是剪力墙应沿竖向应力贯通建筑物全高；四是剪力墙应避免在洞口与墙边、洞口与洞口之间形成小墙肢；五是高层建筑不宜全部采用短肢剪力墙，且短肢墙尽可能设置翼缘；六是增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等，以控制剪力墙平面外弯矩；七是不宜直接将楼面主梁支承在剪力墙间的连梁上。据此，为了优化建筑剪力墙结构的设计，本文引入如下案例：
XX剪力墙结构的高层住宅共32层（局部33层），其中包括2层地下室，建筑
总高89.9m、层高2.9m，总建筑面积约为1.4万m2。针对该工程，剪力墙结构设计时需明确表1所示信息。
2 结构布置
案例工程在平面布置上采用的是“底层到顶层一致”的方案，仅屋面层设有局部突出及楼板跃层。竖向刚度的变化以分段改变混凝土强度等级及构件的截面尺寸。为了方便施工及优化结构受力，决定减小构件的截面尺寸及降低混凝土的强度，以免刚度突变。其中，混凝土强度及剪力墙厚度见表2。 从理论的角度来讲，剪力墙结构设计应明确下列要点：
（一）沿主轴（或其他）方向通过双向布置剪力墙来使其形成空间结构，注意剪力墙不得单向布置，同时应尽量减小受力方向抗侧刚度的差值，以优化剪力墙结构空间的工作性能；鉴于剪力墙具有较大的承载力和抗侧刚度，则剪力墙的布置不宜过密并优化其侧向刚度，以降低剪力墙的自重及增加其可利用空间。 （二）针对剪力墙的墙肢截面，设计方案应突出其结构规则、简单及竖向刚度均匀的特点，并通过成列布置门窗洞口来规范连梁与墙肢应力的分布，注意若洞口的布置存在（叠合）错洞，则应采用框架形式来安排墙内配筋。
（三）若剪力墙的长度较长，则应开设洞口，并先按一定长度均分为墙段，再用弱连梁连接，注意每一墙段总高度与截面高度的比值应≥2，以免剪力墙脆性破坏。在抗震设计时，不得在洞口间或洞口与墙边间出现墙肢截面高厚比＜4的小墙肢，且若小墙肢截面高比墙厚的4倍小，则应采用框架柱设计及加密箍筋。
（四）鉴于剪力墙在刚度与承载力上存在平面内大、平面外小的情况，则应通过控制平面外弯矩来保证其稳定性。若要将剪力墙的墙肢接到平面外的楼面梁，
则应设法控制梁端弯矩对剪力墙的影响。
（五）鉴于剪力墙的抗侧刚度会随结构布置方案的改变而改变，则要求从下至上连续布置剪力墙，以免其抗侧刚度突变，同时可沿高度调整混凝土等级与剪力墙厚度或通过控制墙肢数量来使侧向高度的减小总是在高度方向上。 （六）在剪力墙设计时，剪力墙的层厚应按最大层间位移、位移比及周期比等指标来确定，同时应将轴压比在不同抗震等级下的情况考虑其中。关于剪力墙的允许高厚比，通常应按《高层建筑混凝土结构技术规程》来确定，其中当抗震等级为一（或二）级时，剪力墙底部加强区在有、无端柱或翼墙时的最小厚度均为：H/16、200mm，而其他部位则分别为：H/20、160mm；H/15、180mm，其中H表示剪力墙无支长度或层高的较小值。
3 设计参数取值
建筑剪力墙结构设计参数计算是决定设计方案是否合理的决定因素，其通常要求明确如下要点：一是为了降低结构自重及减轻地震作用，应在β≤40%的条件下，控制剪力墙的数量及优化其侧向刚度，以保证楼层的最小剪力系数在限定范围内，其中β表示短肢剪力墙结构底部地震总倾覆力矩中第一振型底部地震倾覆力矩的占比；二是尽量降低高层建筑的扭转变形值，但不得仅依据层间位移来调大竖向构件的刚度；三是为了优化剪力墙的抗扭刚度，应保证平面结构的规则性及提高其抗扭刚度，具体从Tt/T1中体现出来，其中Tt、T1分别表示第一自振周期（以扭转为主）、自振周期（以平动为主）。注意在实际工程中，应沿周边布置竖向构件，以使结构具有更高的抗扭刚度与侧向刚度；四是通过塑性调幅来降低连梁的剪力设计值，而具体的做法包括在计算内力前折减连梁刚度、在计算内力后取折减系数与连梁弯矩、剪力总和的乘积。综合上述
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