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【摘 要】高层建筑的增多，使得剪力墙结构在结构设计中越来越普遍的采用，为了达到既美观实用又经济安全的设计，本文从剪力墙的结构构造及受力分析等方面对剪力墙的结构设计进行了分析。
【关键词】高层住宅；剪力墙结构；设计；浅析
前言
最近几年随着我国经济的迅猛发展，房地产企业空前高涨，土地价格更是一路飙升。开发商为了追求更高的经济效益，想方设法提高小区的容积率。致使二、三县城市也不得不向高层住宅发展。因此对高层住宅设计就显得尤为重要。这就要求设计者要具备高度的责任感和良好的道德修养。在设计过程中一定要进行精心的优化设计，达到既安全又经济的目的。创造出良好的社会效益和经济效益，造福于人民。
1建筑布局要合理
1.1 剪力墙结构的平面布置原则：
1.1.1 平面宜简单，规则、对称，减小偏心。平面长度不一过长，突出部分长度不宜过大（满足规范的要求）。建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形布置。
1.1.2 结构平面布置应尽量减少扭转的影响：在考虑偶然偏心影响的地震力作用下，楼层竖向构建的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层的1.5倍。B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的自振周期T1之比A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85.
1.1.3 当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞是楼板有较大消弱时，应在设计中考虑楼板消弱产生的不利影响。有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50%；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%。在扣除凹入或开洞后，楼板在任意方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。
1.1.4 草字头形、＃字形等外伸长度较大的建筑，当中央部分楼板有较大消弱时，应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施，必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或楼板。
1.1.5 抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。
1.2剪力墙结构竖向布置
1.2.1 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。
1.2.2 抗震設计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺寸的0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于 4m。
1.2.3 结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，应进行动力时程分析计算并采取有效的构造措施。
1.3 楼盖结构
1.3.1 房屋高度超过50m时，剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构。
1.3.2 房屋的顶层、平面复杂、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层应采用现浇楼盖。一般楼层现浇板厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋；普通地下室楼板厚度不宜小于160mm；作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。
2. 结构设计要合理
2.1 材料
2.1.1 高层建筑混凝土结构宜采用高强性能混凝土和高强钢筋。高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料，构造上宜与主体结构柔性连接，并满足自身的承载力、稳定要求和适应主体结构变形的能力。
2.1.2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于C20。作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30。
2.1.3 按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件，其纵向钢筋尚应符合：钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30；钢筋最大拉力下的总伸长率不应小于9％。
2.2 选择合理的结构方案
高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并应具有必要的承载能力、刚度和延性；应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用；对可能出现的薄弱部位应采取有效的加强措施。
2.3 结构计算
2.3.1 选用适当的计算简图：高层建筑结构分析模型应根据实际情况确定，所选取的分析模型应能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况。计算模型还应有相应的构造措施来保证，实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内；进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，设计时应采取相应措施保证楼板平面内的整体刚度。
2.3.2 高层建筑结构进行风作用效应计算时，正反两方向的风作用效应宜按两个方向计算的较大值采用。
2.3.3 正确分析计算结果：在结构计算中普遍采用计算机技术，目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此结构工程师应对程序的适用范围、条件等进行全面的了解。对受力复杂的结构构件，宜按应力分析的结果校核配筋设计。对结构分析软件的计算结构工程师应进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。
2.3.4 计算参数： 在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5。对没有地震作用参与组合的（如重力荷载与风的组合）不能考虑连梁的刚度折减；在结构内力与位移计算中，现浇楼面和装配整体式楼面中，梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。近似考虑时，楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0；在竖向荷载作用下可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对两端负弯矩乘以调幅系数进行调幅；截面设计时框架梁跨中截面设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。 2.3.5 计算简图处理：高层建筑结构分析时宜对结构进行力学上的简化处理，使其既能反映结构的受力性能，又适应于所选用的计算分析软件的力学模型；在结构内力与位移计算中应考虑相邻层竖向构件的偏心影响。楼面梁与竖向构件的偏心以及上下层竖向构件之间的偏心应按实际情况考虑，并计入整体计算。当结构整体计算未考虑上述偏心时，应采用柱、墙端附加弯矩的方法予以近似考虑；高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2（计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑结构以外的地下室相关部位，一般指地上结构四周外扩不超过三跨范围）
2.4 剪力墙结构设计
2.4.1 一般规定：平面布置宜简单、规则，以沿两个主轴方向或其他方向双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大。抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置；宜自下到上连续布置，避免刚度突变。形成明确的墙肢和连梁；门窗洞口以上下对齐，成列布置，避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置。抗震设计时一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，全高均不宜采用洞口局部重叠错洞墙；
2.4.2 剪力墙不宜过长，较长的剪力墙宜设置跨高比较大的连梁，将一道剪力墙分成较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于3，墙肢截面高度不宜大于8m（当墙的长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成长度较小较均匀的联肢墙或整体墙。洞口连梁宜采用约束弯矩较小、跨高比较大的连梁。）跨高比大于5的连梁宜按框架梁设计；
2.4.3 抗震设计时，剪力墙底部加强部位范围：底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起；抗震设计时底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值；当结构计算嵌固端位于与地下一层地板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。
2.4.4 楼面梁不宜支撑在剪力墙的连梁上，当剪力墙墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱、或墙内设置暗柱。墙内设置暗柱时，按柱的截面高度可取墙的厚度，暗柱的截面宽度不应小于梁宽加2倍墙厚不宜大于墙厚的4倍。设置扶壁柱时，其宽度不应小于梁宽，墙厚可计入扶壁柱的截面高度。
2.5 实际工程设计中遇到的问题及解决方法
2.5.1 计算结果中，当连梁计算结果显示抗弯承载力不满足时可加大梁高，修改之后可满足要求。当抗剪承载力不满足要求时：第一种方法是将洞口宽度加大，即增加梁跨度降低连梁线刚度，地震时少吸收地震力，使之满足抗剪承载力要求。（这时边缘构件设在加大后的洞口两侧，比原洞口宽度多出部分的墙体按混凝土墙构造配筋，地震时允许先破坏。）第二种方法是减小梁高降低连梁的刚度，地震时少吸收地震力，也可达到满足抗剪承载力要求。
2.5.2 结构楼层位移计算，层间位移比不满足要求时，要学会“抓大放小”的原则去处理。即将位移最大点处梁、墙刚度加大或附近楼板加厚即可减小此点位移。将位移小的节点附近的梁、墙刚度变小或附近楼板减薄来加大此点处的位移。这时层间位移比就变小，最终满足规范要求。
2.5.3 结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比要满足规范的限值。
T1是指刚度较弱方向的平动为主的第一振型周期。对刚度较强方向的平动为主的第一振型周期T1与扭转为主的第一振型周期Tt的比值没规定。周期比计算时，可直接计算结构的固有自振周期，不必考虑偶然偏心。
2.5.4 高层建筑设计中，如果高层建筑地下室顶板作为上部结构的嵌固端時，地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋的截面面积不应小于地上一层对应剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。
2.5.5 剪力墙底部加强区约束边缘构件Lc范围的体积配筋率计算：当墙体的水平分布钢筋在墙端部有90度弯折后延伸到另一排分布钢筋并钩住其竖向钢筋时，可计入墙体水平钢筋的面积，但计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%。
3结束语
以上是笔者对高层建筑剪力墙结构设计的浅谈，仅供参考。在实际工作中，对高层建筑的设计，结构工程师不能仅看中计算的准确性，而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。结构工程师应根据具体情况进行具体的分析，利用所学知识和经验处理实际工程中遇到的各种问题。高层建筑还要多考虑一些概念设计。特别需要在构造上采取加强措施，来保证结构具有足够的延性。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-放2010
作者简介：
王彦春（1965-01-04），女，河北唐山人，职称：高级工程师，学历：本科，主要研究方向：结构设计。
【关键词】高层住宅；剪力墙结构；设计；浅析
前言
最近几年随着我国经济的迅猛发展，房地产企业空前高涨，土地价格更是一路飙升。开发商为了追求更高的经济效益，想方设法提高小区的容积率。致使二、三县城市也不得不向高层住宅发展。因此对高层住宅设计就显得尤为重要。这就要求设计者要具备高度的责任感和良好的道德修养。在设计过程中一定要进行精心的优化设计，达到既安全又经济的目的。创造出良好的社会效益和经济效益，造福于人民。
1建筑布局要合理
1.1 剪力墙结构的平面布置原则：
1.1.1 平面宜简单，规则、对称，减小偏心。平面长度不一过长，突出部分长度不宜过大（满足规范的要求）。建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形布置。
1.1.2 结构平面布置应尽量减少扭转的影响：在考虑偶然偏心影响的地震力作用下，楼层竖向构建的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层的1.5倍。B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的自振周期T1之比A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85.
1.1.3 当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞是楼板有较大消弱时，应在设计中考虑楼板消弱产生的不利影响。有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50%；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%。在扣除凹入或开洞后，楼板在任意方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。
1.1.4 草字头形、＃字形等外伸长度较大的建筑，当中央部分楼板有较大消弱时，应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施，必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或楼板。
1.1.5 抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。
1.2剪力墙结构竖向布置
1.2.1 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。
1.2.2 抗震設计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺寸的0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于 4m。
1.2.3 结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，应进行动力时程分析计算并采取有效的构造措施。
1.3 楼盖结构
1.3.1 房屋高度超过50m时，剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构。
1.3.2 房屋的顶层、平面复杂、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层应采用现浇楼盖。一般楼层现浇板厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋；普通地下室楼板厚度不宜小于160mm；作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。
2. 结构设计要合理
2.1 材料
2.1.1 高层建筑混凝土结构宜采用高强性能混凝土和高强钢筋。高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料，构造上宜与主体结构柔性连接，并满足自身的承载力、稳定要求和适应主体结构变形的能力。
2.1.2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于C20。作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30。
2.1.3 按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件，其纵向钢筋尚应符合：钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30；钢筋最大拉力下的总伸长率不应小于9％。
2.2 选择合理的结构方案
高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并应具有必要的承载能力、刚度和延性；应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用；对可能出现的薄弱部位应采取有效的加强措施。
2.3 结构计算
2.3.1 选用适当的计算简图：高层建筑结构分析模型应根据实际情况确定，所选取的分析模型应能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况。计算模型还应有相应的构造措施来保证，实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内；进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，设计时应采取相应措施保证楼板平面内的整体刚度。
2.3.2 高层建筑结构进行风作用效应计算时，正反两方向的风作用效应宜按两个方向计算的较大值采用。
2.3.3 正确分析计算结果：在结构计算中普遍采用计算机技术，目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此结构工程师应对程序的适用范围、条件等进行全面的了解。对受力复杂的结构构件，宜按应力分析的结果校核配筋设计。对结构分析软件的计算结构工程师应进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。
2.3.4 计算参数： 在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5。对没有地震作用参与组合的（如重力荷载与风的组合）不能考虑连梁的刚度折减；在结构内力与位移计算中，现浇楼面和装配整体式楼面中，梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。近似考虑时，楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0；在竖向荷载作用下可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对两端负弯矩乘以调幅系数进行调幅；截面设计时框架梁跨中截面设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。 2.3.5 计算简图处理：高层建筑结构分析时宜对结构进行力学上的简化处理，使其既能反映结构的受力性能，又适应于所选用的计算分析软件的力学模型；在结构内力与位移计算中应考虑相邻层竖向构件的偏心影响。楼面梁与竖向构件的偏心以及上下层竖向构件之间的偏心应按实际情况考虑，并计入整体计算。当结构整体计算未考虑上述偏心时，应采用柱、墙端附加弯矩的方法予以近似考虑；高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2（计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑结构以外的地下室相关部位，一般指地上结构四周外扩不超过三跨范围）
2.4 剪力墙结构设计
2.4.1 一般规定：平面布置宜简单、规则，以沿两个主轴方向或其他方向双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大。抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置；宜自下到上连续布置，避免刚度突变。形成明确的墙肢和连梁；门窗洞口以上下对齐，成列布置，避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置。抗震设计时一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，全高均不宜采用洞口局部重叠错洞墙；
2.4.2 剪力墙不宜过长，较长的剪力墙宜设置跨高比较大的连梁，将一道剪力墙分成较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于3，墙肢截面高度不宜大于8m（当墙的长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成长度较小较均匀的联肢墙或整体墙。洞口连梁宜采用约束弯矩较小、跨高比较大的连梁。）跨高比大于5的连梁宜按框架梁设计；
2.4.3 抗震设计时，剪力墙底部加强部位范围：底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起；抗震设计时底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值；当结构计算嵌固端位于与地下一层地板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。
2.4.4 楼面梁不宜支撑在剪力墙的连梁上，当剪力墙墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱、或墙内设置暗柱。墙内设置暗柱时，按柱的截面高度可取墙的厚度，暗柱的截面宽度不应小于梁宽加2倍墙厚不宜大于墙厚的4倍。设置扶壁柱时，其宽度不应小于梁宽，墙厚可计入扶壁柱的截面高度。
2.5 实际工程设计中遇到的问题及解决方法
2.5.1 计算结果中，当连梁计算结果显示抗弯承载力不满足时可加大梁高，修改之后可满足要求。当抗剪承载力不满足要求时：第一种方法是将洞口宽度加大，即增加梁跨度降低连梁线刚度，地震时少吸收地震力，使之满足抗剪承载力要求。（这时边缘构件设在加大后的洞口两侧，比原洞口宽度多出部分的墙体按混凝土墙构造配筋，地震时允许先破坏。）第二种方法是减小梁高降低连梁的刚度，地震时少吸收地震力，也可达到满足抗剪承载力要求。
2.5.2 结构楼层位移计算，层间位移比不满足要求时，要学会“抓大放小”的原则去处理。即将位移最大点处梁、墙刚度加大或附近楼板加厚即可减小此点位移。将位移小的节点附近的梁、墙刚度变小或附近楼板减薄来加大此点处的位移。这时层间位移比就变小，最终满足规范要求。
2.5.3 结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比要满足规范的限值。
T1是指刚度较弱方向的平动为主的第一振型周期。对刚度较强方向的平动为主的第一振型周期T1与扭转为主的第一振型周期Tt的比值没规定。周期比计算时，可直接计算结构的固有自振周期，不必考虑偶然偏心。
2.5.4 高层建筑设计中，如果高层建筑地下室顶板作为上部结构的嵌固端時，地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋的截面面积不应小于地上一层对应剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。
2.5.5 剪力墙底部加强区约束边缘构件Lc范围的体积配筋率计算：当墙体的水平分布钢筋在墙端部有90度弯折后延伸到另一排分布钢筋并钩住其竖向钢筋时，可计入墙体水平钢筋的面积，但计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%。
3结束语
以上是笔者对高层建筑剪力墙结构设计的浅谈，仅供参考。在实际工作中，对高层建筑的设计，结构工程师不能仅看中计算的准确性，而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。结构工程师应根据具体情况进行具体的分析，利用所学知识和经验处理实际工程中遇到的各种问题。高层建筑还要多考虑一些概念设计。特别需要在构造上采取加强措施，来保证结构具有足够的延性。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-放2010
作者简介：
王彦春（1965-01-04），女，河北唐山人，职称：高级工程师，学历：本科，主要研究方向：结构设计。