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摘要：剪力墙结构设计中虽然有类似于框剪结构的地方，但剪力墙结构刚度分配、内力分配、基础荷载比框剪结构更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小。因此，高层建筑结构中，剪力墙结构以其安全可靠性被越来越多地采用。这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。本文简要谈谈高层建筑剪力墙的结构设计。
关键词：高层建筑；混凝土结构；剪力墙结构；设计
中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：
1 剪力墙结构计算的基本假定
剪力墙结构体系建筑是由一系列纵向和横向剪力墙及楼盖组成的空间结构。剪力墙承受竖向和水平荷载作用。在竖向荷载作用下，各片剪力墙受力分析较简单，但在水平荷载作用下则不同，为简化计算，作以下基本假定：
1.1 各片剪力墙在其自身平面内刚度极大，而在其平面外刚度极小，可以忽略不计。这样就可以把纵横向剪力墙布置的空间结构简化为平面结构处理。同时，也可考虑纵横墙的共同工作，即纵墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。在承载力计算中，剪力墙的翼缘宽度可取剪力墙的间距、门窗洞间翼墙的宽度、剪力墙厚度加两侧各6 倍翼墙厚度、剪力墙墙肢总高度的1/10 四者中的最小值。
1.2 楼盖在其自身平面内的抗弯刚度视为“无限大”，因此在水平荷载作用下，只产生刚体运动，并把水平荷载分配给各片剪力墙，而不发生水平方向的弯曲变形；而在平面外，由于刚度很小，可忽略不计。按此假定，当结构不发生扭转时，各片剪力墙在水平荷载作用下侧向位移相等。这样，整个建筑上所承受的水平荷载就可以按各片剪力墙的等效抗弯刚度的大小，按比例进行分配，然后进行内力及位移计算。
1.3等效抗弯刚度是指按剪力墙顶点侧移相等的原则考虑弯曲变形和剪切变形后，折算为竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。对于沿竖向刚度较均匀的结构，各片剪力墙可以按下式之一计算其等效刚度。均布荷载、倒三角形荷载、顶点集中荷载。
2 剪力墙结构设计计算原则
剪力墙结构设计时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，下面是对结构设计中须重点关注的几种技术指标的调整原则的浅析，若有不对之处，请广大同行指正。
2.1 楼层最小剪力系数（剪重比）的调整原则在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值（不小于限值）。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。
2.2 楼层层间最大位移与层高之比（位移）的调整原则。规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。由此可见，对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的，但竖向构件足够多（剪重比偏大）而布置不合理，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层间位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。
2.3 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（周期比）的调整原则。第一自振周期Tt 之比（周期比）的调整原则《高规》第4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期T1之比，小高层建筑不应大于0.90。限定周期比是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样既可以提高结构的侧向刚度，同时又能较大幅度的提高结构的整体刚度。
2.4 剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙连梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5 的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。《高规》规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在5～6之间时，若连梁刚度不折减则也易出现剪力或弯矩超限。本人认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价有非常明显的影响，即将跨高比不大于5的连梁（刚度需折减）和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁（刚度不折减），而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，这对于节省工程投资具有很重要的意义。
3 剪力墙结构的墙体配筋
对于剪力墙结构来说，剪力墙面广量大，因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。剪力墙墙体配筋一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。但地下部分墙体配筋则通过计算确定。因为地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下为增大计算墙体有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6 条规定：迎水面保护层应大于50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》层50mm 计算，笔者认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度至少可按30mm 来取值，这对节省墙体配筋效果相当明显。
4 剪力墻设计
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。
在水平荷载作用下，剪力墙受力分析实际上是二维平面问题，精确计算应按照平面问题进行求解。可借助于计算机，用有限元方法进行计算。计算精度高，但工作量较大。在工程设计中，可以根据不同类型剪力墙的受力特点，进行简化计算。整体墙和小开口整体墙：在水平力的作用下，整体墙类似于一悬臂柱，可以按照悬臂构件来计算整体墙的截面弯矩和剪力。小开口整体墙，由于洞口的影响，墙肢间应力分布不再是直线，但偏离不大。可以在整体墙计算方法的基础上加以修正。联肢墙：联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可采用连续化方法近似计算。壁式框架：壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙：此两类剪力墙比较复杂，最好采用有限元法借助于计算机进行计算。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。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。
5 结束语
总之，随着商品住宅建筑在我国城市建设中的发展，高层住宅建筑将会大量采用剪力墙结构。由于具有较好的抗震性能，且结构布置灵活、造价低、经济性好等优点，使我们在设计中更加注重各方面的优化设计，方可使结构在整体上安全合理，保证高层建筑的安全性。
参考文献：
[1]李雪峰.房屋剪力墙结构设计的思考[J].中国新技术新产品，2010(03):74.
[2]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010(06):61.
关键词：高层建筑；混凝土结构；剪力墙结构；设计
中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：
1 剪力墙结构计算的基本假定
剪力墙结构体系建筑是由一系列纵向和横向剪力墙及楼盖组成的空间结构。剪力墙承受竖向和水平荷载作用。在竖向荷载作用下，各片剪力墙受力分析较简单，但在水平荷载作用下则不同，为简化计算，作以下基本假定：
1.1 各片剪力墙在其自身平面内刚度极大，而在其平面外刚度极小，可以忽略不计。这样就可以把纵横向剪力墙布置的空间结构简化为平面结构处理。同时，也可考虑纵横墙的共同工作，即纵墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。在承载力计算中，剪力墙的翼缘宽度可取剪力墙的间距、门窗洞间翼墙的宽度、剪力墙厚度加两侧各6 倍翼墙厚度、剪力墙墙肢总高度的1/10 四者中的最小值。
1.2 楼盖在其自身平面内的抗弯刚度视为“无限大”，因此在水平荷载作用下，只产生刚体运动，并把水平荷载分配给各片剪力墙，而不发生水平方向的弯曲变形；而在平面外，由于刚度很小，可忽略不计。按此假定，当结构不发生扭转时，各片剪力墙在水平荷载作用下侧向位移相等。这样，整个建筑上所承受的水平荷载就可以按各片剪力墙的等效抗弯刚度的大小，按比例进行分配，然后进行内力及位移计算。
1.3等效抗弯刚度是指按剪力墙顶点侧移相等的原则考虑弯曲变形和剪切变形后，折算为竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。对于沿竖向刚度较均匀的结构，各片剪力墙可以按下式之一计算其等效刚度。均布荷载、倒三角形荷载、顶点集中荷载。
2 剪力墙结构设计计算原则
剪力墙结构设计时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，下面是对结构设计中须重点关注的几种技术指标的调整原则的浅析，若有不对之处，请广大同行指正。
2.1 楼层最小剪力系数（剪重比）的调整原则在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值（不小于限值）。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。
2.2 楼层层间最大位移与层高之比（位移）的调整原则。规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。由此可见，对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的，但竖向构件足够多（剪重比偏大）而布置不合理，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层间位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。
2.3 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（周期比）的调整原则。第一自振周期Tt 之比（周期比）的调整原则《高规》第4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期T1之比，小高层建筑不应大于0.90。限定周期比是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样既可以提高结构的侧向刚度，同时又能较大幅度的提高结构的整体刚度。
2.4 剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙连梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5 的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。《高规》规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在5～6之间时，若连梁刚度不折减则也易出现剪力或弯矩超限。本人认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价有非常明显的影响，即将跨高比不大于5的连梁（刚度需折减）和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁（刚度不折减），而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，这对于节省工程投资具有很重要的意义。
3 剪力墙结构的墙体配筋
对于剪力墙结构来说，剪力墙面广量大，因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。剪力墙墙体配筋一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。但地下部分墙体配筋则通过计算确定。因为地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下为增大计算墙体有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6 条规定：迎水面保护层应大于50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》层50mm 计算，笔者认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度至少可按30mm 来取值，这对节省墙体配筋效果相当明显。
4 剪力墻设计
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。
在水平荷载作用下，剪力墙受力分析实际上是二维平面问题，精确计算应按照平面问题进行求解。可借助于计算机，用有限元方法进行计算。计算精度高，但工作量较大。在工程设计中，可以根据不同类型剪力墙的受力特点，进行简化计算。整体墙和小开口整体墙：在水平力的作用下，整体墙类似于一悬臂柱，可以按照悬臂构件来计算整体墙的截面弯矩和剪力。小开口整体墙，由于洞口的影响，墙肢间应力分布不再是直线，但偏离不大。可以在整体墙计算方法的基础上加以修正。联肢墙：联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可采用连续化方法近似计算。壁式框架：壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙：此两类剪力墙比较复杂，最好采用有限元法借助于计算机进行计算。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。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。
5 结束语
总之，随着商品住宅建筑在我国城市建设中的发展，高层住宅建筑将会大量采用剪力墙结构。由于具有较好的抗震性能，且结构布置灵活、造价低、经济性好等优点，使我们在设计中更加注重各方面的优化设计，方可使结构在整体上安全合理，保证高层建筑的安全性。
参考文献：
[1]李雪峰.房屋剪力墙结构设计的思考[J].中国新技术新产品，2010(03):74.
[2]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010(06):61.