高层住宅剪力墙结构设计的思考

吴梦南

摘要：此文简单介绍了钢筋混凝土剪力墙结构的受力，详细分析了剪力墙结构参数的合理控制，并研究了剪力墙结构中连梁的设计。

关键词：高层住宅;剪力墙结构设计;思考

由于剪力墙结构刚度较大，所以对风或小震作用下的层间位移角的限值要求和风作用下的舒适度的要求来说，就很容易满足。而且剪力墙承载能力大，空间布置的灵活度大，美观性也很强，因而近年来在别墅和高层建筑设计中受到了人们的高度青睐。

一、钢筋混凝土剪力墙结构的受力分析

剪力墙结构主要由纵横两个方向的剪力墙、剪力墙之间的连梁以及楼盖形成的空间结构。剪力墙结构因其整体性较好、抗侧刚度大、承载力高等优点，在水平荷载作用下结构的侧移较小，抗震及抗风性能都较好，具有很好的延性;同时由于剪力墙均可隐于建筑墙体中，不影响室内使用空间和建筑功能因此越来越多的高层住宅采用剪力墙结构。一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙;短肢剪力墙是指截面不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比最大值大于4但不大于8的剪力墙。由于短肢剪力墙较一般剪力墙的延性较差，高层住宅抗震设计时应尽量避免短肢剪力墙的设置，规范也通过限制短肢剪力墙的轴压比来保证结构的稳定性及安全性。对于高层住宅，剪力墙结构在竖向荷载和水平荷载作用下主要有四种破坏形式：①弯曲破坏;②弯剪破坏;③剪切破坏;④滑移破坏。剪跨比λ是影响剪力墙破坏形态的主要因素，试验表明当λ≥2时，剪力墙的破坏形态以弯曲破坏为主;当1≤λ<2时通过合理设计可实现弯剪破坏;当λ<1时，呈现剪切破坏。设计时应尽量避免脆性的剪切破坏，将剪力墙设计为延性较好的弯曲破坏或弯剪破坏[1]。

二、剪力墙结构参数的合理控制

（一）剪重比

为了限制各楼层最小水平地震力，出于对结构安全性的考虑，特别是对于长周期结构，规范提出了最小楼层地震剪力的要求。设计时应对剪重比进行合理的控制，当地震剪力偏小而层间位移角偏大时，表明结构刚度较柔，可通过增加剪力墙的布置来提高结构的侧向刚度;当地震剪力偏大而层间位移角偏小时，表明结构刚度较大，可通过缩短或取消部分剪力墙来减小结构的刚度，以保证结构的经济性;对于低烈度区或者场地土为Ⅰ类或Ⅱ类时，经常遇到地震剪力偏小而层间位移又基本接近规范限值，说明结构的刚度已较为合适，通过增大刚度来调整剪重比势必会造成不经济，可通过放大楼层的地震剪力的方式来满足剪重比的要求[2]。

（二）周期比

周期比是反映结构侧向刚度和扭转刚度之间相对大小的一个指标，主要是保证抗侧力构件的平面布置更加科学合理。一般住宅结构不超过A级高度，周期比应控制在0.9以内，对于周期比不满足规范要求时，可通过在结构周边布置剪力墙、增大周边梁截面来提高结构抗扭刚度，或者在结构中部剪力墙开洞来降低内筒刚度。

（三）层问位移及位移角

在水平荷载作用下，剪力墙结构会出现侧向位移。一般由三部分组成：楼层之间的剪切位移、弯曲变形产生的侧移以及由于下部楼层结构出现整体变形而引起的转动位移。层间位移角是反映结构侧向刚度的一个重要指标，对于剪力墙结构层间位移角的限值为1/1000，设计时应通过调整两个方向的剪力墙布置，使两个方向的刚度相差不宜太大，同时满足规范要求的层间位移角的限值[3]。

（四）位移比

位移比即是在考虑偶然偏心的规定水平力作用下，楼层的竖向构件的最大水平位移和层间位移，与该楼层平均位移的比值。对于不超过A级高度的高层住宅，位移比不宜大于1.2且不应大于1.5。同时规范也提出当楼层最大位移角不大于规范规定限值的40%时，位移比可适当放松，但不应大于1.6。设计时应调整最大位移比处构件的侧向刚度，同时尽可能使结构刚心和质心重合，减少扭转对结构的不利影响。

三、剪力墙结构中连梁的设计

（一）连梁的受力分析

由于剪力墙刚度较大，在地震作用下产生的地震剪力也较大，相应连梁产生的变形也较大，连梁就会出现转动，产生较大的转角，这时连梁就出现了塑性铰，表明连梁已进入弹塑性受力阶段，在水平荷载不断增大的同时，塑性铰也进行扩展，直到损坏。连梁作为剪力墙结构的第一道防线，以保证地震作用下剪力墙不出现塑性铰。

（二）连梁超筋的解决方法

1.调整连梁截面

连梁的设计应遵循强剪弱弯的原则，可以将连梁的截面调小或者将连梁跨度增大，以削弱此处结构的刚度，减小连梁在地震作用下的剪力[4]。

2.设置交叉斜筋或对角暗撑

可以设置交叉斜筋或者对角暗撑，增大连梁的抗剪承载力。规范要求设置交叉斜筋的连梁截面宽度不小于250mm，对于对角暗撑连梁截面不小于400mm，而一般住宅剪力墙结构中剪力墙厚度为200mm，只有在高烈度区剪力墙厚度超过250mm时方可采用此方法。

3.设置双连梁

双连梁是在连梁截面高度的中间部位设置一条水平缝，将一根连梁分为两根小连梁，一般水平缝的宽度为50-100mm，可保证连梁的抗剪承载力基本保持不變，而大大削弱连梁的抗弯承载力，满足强剪弱弯的要求。

4.连梁刚度折减

在计算地震作用效应时，可对剪力墙连梁刚度进行折减，减少地震作用下连梁的受力，折减系数不宜小于0.5;而当连梁内力由风荷载控制时，连梁刚度不宜折减[5]。

5.荷载表现不明显的情况

当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算的较大内力进行包络设计，同时连梁本身满足非抗震设计的承载力和正常使用要求。

四、总结

总而言之，在进行高层住宅剪力墙结构设计的过程中，要结合实际工程合理布置剪力墙，同时满足规范要求的各项指标，采用适当的方式调整连梁刚度，保证剪力墙结构的抗震性能以及较好的延性，避免出现安全问题。

参考文献：

[1]黎向宇.住宅建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计[J].居舍，2018（36）：97.

[2]孙海荣.建筑结构设计中剪力墙结构设计分析[J].住宅与房地产，2018（36）：57.

[3]王宇荃.关于建筑结构中剪力墙结构设计要点及其运用分析[J].四川水泥，2018（12）：79.

[4]杨媛媛.试论建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用研究[J].建材与装饰，2018（50）：105-106.

[5]苏涣珉，马倩.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].住宅与房地产，2018（34）：74.