高层住宅结构中剪力墙的应用结构设计技术

田海泽 李建国 张建伟 杨悦辉

【摘要】在对剪力墙结构的特点进行分析的基础上，探讨了当前常见剪力墙结构的主要形式。同时，结合高层大空间住宅建筑结构的建设需求，分析了剪力墙结构的实际应用技术措施，对保证大空间住宅建筑的整体结构稳定性具有一定的意义。

【关键词】剪力墙；大空间住宅；高层建筑

随着人们对住宅建筑外部环境要求提高的同时，对住宅内部空间的要求以及分割的合理性要求也在提升。为了满足各个家庭人口结构、生活需求、文化需要等的差别，需要保证建筑内部空间较大，且可改。而这与传统的建筑结构形式存在一定的冲突，如何在满足大空间使用需求的同时保证建筑结构具有足够的强度和抗震性能是一个重要的问题。这时，采用剪力墙结构是一个良好的解决方案。当前，剪力墙结构在大开间住宅建筑中得到了一定的应用，且技术逐渐成熟。因此，探讨剪力墙结构的主要特点，并分析其在大空间住宅建筑中的应用，对推广剪力墙结构的广泛应用具有积极意义。

1、剪力墙结构的优势

建立墙结构的优势主要存在这样两个方面：① 整体性较好，由于剪力墙结构是整体向上的结构形式，其具有整体性好、侧向刚度大的特点，不但能够传递水平结构件传递过来的垂向载荷，而且能够有效的抵御风载荷以及地震水平力的作用，而且在高层住宅建筑遇到地震等作用时能够产生较好的变形能力；② 施工工期较短，剪力墙在建筑结构中能够充当传统框架式结构的梁柱作用，而且其自身也能够作为建筑物的承重墙、隔墙等，在增加建筑内部空间的同时，还能够省却大量的传统梁、柱等结构构件，使得建筑工程施工更加简便，能够有效的减少模板施工工作量，从而降低施工周期。

2、常见的剪力墙结构类型

根据剪力墙结构的形式可以将剪力墙结构分为纯剪力墙结构、框支剪力墙结构以及框架剪力墙结构三种基本类型。其中，纯剪力墙结构就是指剪力墙构成的结构体系；而框支剪力墙结构则是在建筑底部位置需要大空间时，在底层通过设置框架柱结构来替代剪力墙结构，便于底层商业用途。但是，这种结构所能够承受水平载荷的能力受限，在地震频发的区域应该避免使用；框架剪力墙结构则主要应用于局部大空间结构中，通过在局部使用框架结构的方式来替代剪力墙，不但能够保证建筑结构的整体侧向刚度，而且能够满足高层建筑局部大空间的使用需要，使得建筑物空间结构呈现多样化趋势，当前高层大空间住宅多采用该种剪力墙结构形式。

3、基于大空间需求的住宅剪力墙构造技术措施

3.1 合理设置底层框架柱网

在设计地层剪力墙的过程中，必须对底层框架结构进行充分选择。在设计过程中，为了保证地层剪力墙结构的整体稳定性，最好选择全框架式作为基本结构，若不能满足使用需要，则可以适当选择框架形式的结构予以替代，这时通常在处于内部横纵轴线的内外墙体当中建造对应的柱体，使得其在纵向和横向两个方向上保持整体均匀性，形成一个稳定的结构。同时，底部框架结构设置的柱网不能过大，通常保持在7.5m左右，且框架梁的悬墙数不得超过一道。

由于当前高层住宅建筑首层通常为商用或者架空层，因此其跨度一般较大，通常跨度对应的上层开间为4.2m+3.3m或者4.5m+3.3m，该种设置形式基本能够满足上部建筑结构的开间需要，且能够保证砌体结构的基本强度设计。在设置底部框架梁的横断面高度时，其取值要保证在梁跨的1/5～1/8范围内，在设计的过程中必须结合实际工程情况对柱网具体尺寸进行有效控制。若尺寸过大，会使得后续施工过程中框架结构的梁断面和钢筋等超过载荷；若设置的悬墙数量过多，则会导致结构问题加剧，在设计过程中要引起注意。

3.2 对剪力墙结构进行对应的优化

3.2.1空间结构合理

在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向布置，形成空间结构；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。

3.2.2 建立墙垂向刚度必须均匀

为了确保剪力墙垂向刚度均匀，必须保证剪力墙的墙肢截面简单且规整，并使得剪力墙门窗洞口上下均匀对其，并成列进行布置，最后形成清晰的墙肢、连梁分割，使得载荷应力整体分布更加均匀，保证设计结果的安全可靠。在设置洞口的过程中，应该尽量避免墙肢的刚度相差过大，或者在洞口的布置过程中出现错洞、叠合错洞等问题，并确保墙体内部的配筋以框架式结构形式设置。

3.2.3 针对长剪力墙采取对应的结构布局措施

对于长度相对较长的剪力墙，可以采取开设洞口，或者将之分为若干长度段的墙段，并且在没两端墙体之间使用弱连梁进行连接，并保证每一个独立墙段的整体高度与截面高度比要小于2，从而避免剪力墙因为脆性问题而导致剪力破坏。尤其是在住宅抗震设计过程中，要避免在洞口和墙边，两个洞口之间所构成的墙肢截面高度与厚度之间的比要小于。若小墙肢的截面高度小于墙体厚度4倍时，则应该适当的对箍筋进行加密处理。

3.2 合理调整楼层的最小剪力系数

在保证住宅建筑的抗震能力极差上，应该尽量减少剪力墙的数量，从而使得剪力墙有足够的空间，并保证墙体结构的侧向刚度足够的前提下，最大程度的减少楼层的最小剪力系数，使得其接近对应规则的限制，从而达到降低结构重量，减小地震力作用以及降低工程造价的目的。

3.3 优化建筑层高与楼层的最大位移比

基于当前高层住宅建筑的相关规定，在设计高层住宅建筑的过程中，为了能够尽量减少高层建筑的扭曲变形，在合理增加垂向构件的刚度的同时，不但要考虑到层间的位移，还应该结合实际的工程设计情况进行对应的设计。但是，部分设计人员在发现住宅建筑的层间位移比与设计标准不相符时，会采取增加构件侧向刚度的方式，而没有考虑到建筑结构的剪重比。当剪重比较大时，应该适当降低对应侧的结构刚度，从而达到减小地震作用的目的，取得较好的建筑结构优化效果。

3.4 调整建筑侧向刚度和抗扭剛度

为了保证结构的扭转效应得到控制，在计算建筑结构扭转作用的过程中，必须考虑偏心力对建筑结构的影响，因此在设计过程中应该考虑结构平面的整体规则性。同时，在调整建筑侧向刚度和抗扭刚度时，要保证建筑具有较强的抗扭能力，使得建筑结构的平面具有对应的规则性。

参考文献：

[1] 陈美艳. 阐述小而高的建筑住宅在应用剪力墙设计中的注意事项[J]. 科技展望， 2014（16）.

[2] 袁萍. 剪力墙及其在大空间住宅中的应用[J]. 管理观察， 2010（17）.