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（衡水华泽工程勘测设计咨询有限公司053000）
【摘要】建筑结构设计要求设计出的剪力墙能够有很好的刚度，在地震过程中能保持其原有状态，不产生较大的变形，对剪力墙的强度提出了很高的要求。基于此，文中笔者就高层建筑的剪力墙结构原理进行入手，对进行剪力墙设计的几个要点进行了简要的分析。
【关键词】高层建筑、剪力墙、结构设计
一、前言
随着社会的不断发展，建筑结构的设计理念也在不断创新，建筑方案也愈加趋向于丰富多彩。而如何保证建筑的安全性是首要问题，而剪力墙设计因是纵横承受荷载而使其具有较强的抗震性和抗风性，承受力也较强的特点而被多高层建筑广泛采用。
二、高层结构的剪力墙结构原理
现今的高层建筑，很多都是剪力墙构造的。很多人只看到高层建筑物，但还不明白其构造原理。那么什么是剪力墙呢？它有什么样的结构效能呢？一般建筑物中的竖向承重构件都是由墙体承担的，这种墙体既要承担水平构件传来的竖向重力，还要承担风力或地震作用传来的水平方向的作用力。剪力墙由此而生，这种墙体除了最基本的能避风避雨外，还能抗震。高层的剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙，在设计墙体的时候，要考虑平面布置和结构布置两方面的因素，需要同时满足这两方面的要求。高层建筑的剪力墙结构体系要求有很好的承载能力，并且要具有较好的整体性和空间性能，相对框架结构而言，剪力墙要有较好的抗侧能力，那么对于高层建筑就需要选用剪力墙结构。高层建筑的剪力墙结构优点有侧向刚度大，在水平荷载作用下侧移小，但是其缺点是剪力墙的间距有一定限制，建筑平面布置不是很灵活，不适合要求大空间的公共建筑，另外结构自重也较大，灵活性相对而言比较差，一般适用住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比较好，可以节约一些高层建筑的成本。
剪力墙所承受的竖向荷载，一般是结构自重和楼面荷载，通过楼面传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁（门窗洞口上的梁）内产生弯矩以外，在墙肢内主要产生轴力。可以按照剪力墙的受荷面积简单计算。框架结构和剪力墙结构，两种结构体系在水平荷载下的变形规律是完全不相同的。框架的侧移曲线是剪切型，曲线凹向原始位置；而剪力墙的侧移曲线是弯曲型，曲线凸向原始位置。在框架-剪力墙（以下简称框-剪）结构中，由于楼盖在自身平面内刚度很大，在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同。这使得框-剪结构的侧移曲线既不是剪切型，也不是弯曲型，而是一种弯、剪混合型，简称弯剪型。假设有向右的水平力作用与结构，在结构底部，框架将把剪力墙向右拉；在结构顶部，框架将把剪力墙向左推。因而，框-剪结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些，比纯剪力墙结构的侧移要大一些；其顶部侧移则正好相反。框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时，二者之间为保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。
三、剪力墙结构的几个关键点设计
高层建筑最主要的受力构件包括剪力墙、框架柱、梁和楼板。而剪力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载。当高层建筑的受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成所谓的剪力墙体系。在这个体系中单片剪力墙承受了全部的竖向荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，作为一种良好的结构体系，其位移曲线呈弯曲型，它的强度、刚度都较高且具备一定延展性，传力直接均匀，有较好的整体性和较强的抗倒塌能力。其在高层建筑中的应用范围大于单纯框架或者框架—剪力墙混合体系。剪力墙建筑结构的设计应从以下几个方面考虑：
1、剪力墙中大墙肢处理
在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。
2、约束边缘构件箍筋的设置
约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”，对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求，设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定，因此，目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。
3、注重转换层结构设计
对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构应当慎重设计，由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高。调整转换层本身及其上下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大。最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀，宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能.
4、优化连梁设计
根据《高规》在连梁设计方面的规定，對于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况。在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定，为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值，塑性调幅可采用两种方法。（1）在内力计算前将连梁刚度进行折减，进行地震作用效应计算时折减系数不宜小于0.5；非地震效应计算时应慎重折减，必要时可不进行连梁刚度折减。（2）在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数，无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝，同时要注重连梁的铰接处理。
5、底部加强部位的设计
在剪力墙结构设计时，根据《高规》规定：一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；部分框支剪力墙结构的底部加强部位高度，应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层。同时将影响到地下1层，此时地下1层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件。
四、结语
综上所述，随着建筑行业的不断发展以及人民精神需求的不断提高，这都给建筑设计的复杂性带来了更大的挑战，从而为建筑结构设计带来更大的难度。对高层建筑中剪力墙结构设计机械探讨具有十分重要的意义。因此我们在实际的设计过程中应注重结构设计的每个细节，从而使高层建筑更具合理性和安全性。
参考文献：
[1] 王玉菲：《小高层剪力墙设计中的几个问题》，《山西建筑》，2006年07期
[2] 赵杰 赵将勇：《对高层建筑剪力墙结构设计的探讨》，《产业与科技论坛》，2011年03期
[3] 王林 于海 朱金声：《剪力墙结构设计中几个问题探讨》，《科技创新导报》，2009年05期
【摘要】建筑结构设计要求设计出的剪力墙能够有很好的刚度，在地震过程中能保持其原有状态，不产生较大的变形，对剪力墙的强度提出了很高的要求。基于此，文中笔者就高层建筑的剪力墙结构原理进行入手，对进行剪力墙设计的几个要点进行了简要的分析。
【关键词】高层建筑、剪力墙、结构设计
一、前言
随着社会的不断发展，建筑结构的设计理念也在不断创新，建筑方案也愈加趋向于丰富多彩。而如何保证建筑的安全性是首要问题，而剪力墙设计因是纵横承受荷载而使其具有较强的抗震性和抗风性，承受力也较强的特点而被多高层建筑广泛采用。
二、高层结构的剪力墙结构原理
现今的高层建筑，很多都是剪力墙构造的。很多人只看到高层建筑物，但还不明白其构造原理。那么什么是剪力墙呢？它有什么样的结构效能呢？一般建筑物中的竖向承重构件都是由墙体承担的，这种墙体既要承担水平构件传来的竖向重力，还要承担风力或地震作用传来的水平方向的作用力。剪力墙由此而生，这种墙体除了最基本的能避风避雨外，还能抗震。高层的剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙，在设计墙体的时候，要考虑平面布置和结构布置两方面的因素，需要同时满足这两方面的要求。高层建筑的剪力墙结构体系要求有很好的承载能力，并且要具有较好的整体性和空间性能，相对框架结构而言，剪力墙要有较好的抗侧能力，那么对于高层建筑就需要选用剪力墙结构。高层建筑的剪力墙结构优点有侧向刚度大，在水平荷载作用下侧移小，但是其缺点是剪力墙的间距有一定限制，建筑平面布置不是很灵活，不适合要求大空间的公共建筑，另外结构自重也较大，灵活性相对而言比较差，一般适用住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比较好，可以节约一些高层建筑的成本。
剪力墙所承受的竖向荷载，一般是结构自重和楼面荷载，通过楼面传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁（门窗洞口上的梁）内产生弯矩以外，在墙肢内主要产生轴力。可以按照剪力墙的受荷面积简单计算。框架结构和剪力墙结构，两种结构体系在水平荷载下的变形规律是完全不相同的。框架的侧移曲线是剪切型，曲线凹向原始位置；而剪力墙的侧移曲线是弯曲型，曲线凸向原始位置。在框架-剪力墙（以下简称框-剪）结构中，由于楼盖在自身平面内刚度很大，在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同。这使得框-剪结构的侧移曲线既不是剪切型，也不是弯曲型，而是一种弯、剪混合型，简称弯剪型。假设有向右的水平力作用与结构，在结构底部，框架将把剪力墙向右拉；在结构顶部，框架将把剪力墙向左推。因而，框-剪结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些，比纯剪力墙结构的侧移要大一些；其顶部侧移则正好相反。框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时，二者之间为保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。
三、剪力墙结构的几个关键点设计
高层建筑最主要的受力构件包括剪力墙、框架柱、梁和楼板。而剪力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载。当高层建筑的受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成所谓的剪力墙体系。在这个体系中单片剪力墙承受了全部的竖向荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，作为一种良好的结构体系，其位移曲线呈弯曲型，它的强度、刚度都较高且具备一定延展性，传力直接均匀，有较好的整体性和较强的抗倒塌能力。其在高层建筑中的应用范围大于单纯框架或者框架—剪力墙混合体系。剪力墙建筑结构的设计应从以下几个方面考虑：
1、剪力墙中大墙肢处理
在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。
2、约束边缘构件箍筋的设置
约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”，对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求，设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定，因此，目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。
3、注重转换层结构设计
对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构应当慎重设计，由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高。调整转换层本身及其上下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大。最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀，宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能.
4、优化连梁设计
根据《高规》在连梁设计方面的规定，對于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况。在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定，为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值，塑性调幅可采用两种方法。（1）在内力计算前将连梁刚度进行折减，进行地震作用效应计算时折减系数不宜小于0.5；非地震效应计算时应慎重折减，必要时可不进行连梁刚度折减。（2）在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数，无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝，同时要注重连梁的铰接处理。
5、底部加强部位的设计
在剪力墙结构设计时，根据《高规》规定：一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；部分框支剪力墙结构的底部加强部位高度，应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层。同时将影响到地下1层，此时地下1层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件。
四、结语
综上所述，随着建筑行业的不断发展以及人民精神需求的不断提高，这都给建筑设计的复杂性带来了更大的挑战，从而为建筑结构设计带来更大的难度。对高层建筑中剪力墙结构设计机械探讨具有十分重要的意义。因此我们在实际的设计过程中应注重结构设计的每个细节，从而使高层建筑更具合理性和安全性。
参考文献：
[1] 王玉菲：《小高层剪力墙设计中的几个问题》，《山西建筑》，2006年07期
[2] 赵杰 赵将勇：《对高层建筑剪力墙结构设计的探讨》，《产业与科技论坛》，2011年03期
[3] 王林 于海 朱金声：《剪力墙结构设计中几个问题探讨》，《科技创新导报》，2009年05期