高层住宅剪力墙结构设计控制及调整

薛东东张瑞

【摘要】为了节约土地空间，现在很多住宅项目都被设计成高层住宅，而且在结构设计中广泛采用了剪力墙结构。本文阐述了剪力墙结构的合理性控制及布置原则，分析了剪力墙结构计算时各个设计指标以及对应的调整方法，希望对剪力墙结构设计有一定的参考。

关键词：高层住宅；剪力墙；设计控制；调整

【引言】

近年来，随着社会进步和科技发展，人们对住宅功能的要求越来越多，为了实现住宅的多功能要求，结构选型一定要与使用功能密切相关，同时拟建场地的地理位置、抗震烈度也是影响结构选型的重要因素。高层住宅主要的结构形式多为剪力墙结构，它具有良好的抵御侧移的物理性能和较好的抗震承受能力，实际应用较为广泛。

1剪力墙结构的合理性控制

剪力墙结构是由竖向剪力墙和水平楼面梁板组成的结构。剪力墙结构的合理控制是结构设计的一项十分重要的内容，好的结构布置带来的一定是好的结构指标，它不仅决定了建筑结构抗震性能的优劣，也决定了建筑结构的经济性能、施工性能和使用性能的好坏。结构布置合理性的主要参考结构计算指标合理性控制。包括周期比、扭转位移比、层间位移角。

1.1剪力墙的周期比一般规律性不强，这涉及到平动成分和扭转成分，设计的时候，要求控制到结构第一、二周期是平动周期，第三周期是扭转周期，而且要求平动周期中扭转成分占到比利小于10%左右。

1.2位移比是以层间最大位移与层高的比值，层间最大位移指的是楼层内的最大位移差，所以是抗扭的指标，偶然偏心的存在对结构的扭心有影响，所以考虑偶然偏心。结构的扭转效应也要控制，否则会给个别墙肢的配筋带来很大的困难。

1.3层间位移角是为了满足第一水准设防下的要求，属于正常极限状态下的验算，只是一个验算指标，根据国内实验与借鉴国外经验而采用的，这个指标完全可以看出一个结构的抗侧刚度，剪力墙一般控制在1/1300-1/1000。

2剪力墙的平面布置原则

2.1外墙可布置为剪力墙，增加建筑平面的抗扭刚度。

2.2内墙布置时，平面均匀对称布置，竖向连续，避免楼层错洞保证剪力墙边缘构件上下连续贯通，同时避免墙肢开洞过大形成抗震性能较差的短肢墙。

2.3剪力墙的截面厚度及构造配筋应根据实际工程剪力墙部位及抗震等级，具体参见《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》相关规定。

2.4内墙长度除应满足建筑条件，还要考虑墙下桩最小桩间距的要求，例如：常规设计时，桩直径700mm，桩间距不小于3倍桩径，加上0.5倍的桩径，上部剪力墙的长度宜为2500mm，上部如有结构洞口，宜尽量使洞口避开桩位。

3剪力墙设置要点

3.1双向设计和防止侧移的坚固性能

对于高层建筑来说，拥有足够的空间是提升居住舒适度的重要保证，所以在设计剪力墙建筑结构的时候，应采取双向选择的方式，确保足够的使用空间。在设计抗震剪力墙系统的时候，也应当尽量不采用单向的形式，而且双向剪力墙对侧移应力的抵御能力应当相似，也就是自振周期应当基本相同。同时，由于剪力墙一般需要具备抵御侧移的良好坚固性和承担很大的承重力，所以在设计剪力墙体的时候也不要过于密集，以保证剪力墙结构侧向的坚固程度适中，从而使剪力墙结构的自身重力减少，确保其增强抗震性能。

3.2确保纵向坚固程度匀称

科学地设计剪力墙结构可以有效地增强抵御侧移的坚固程度，如果剪力墙边缘的高度有间断，就会使坚固的性能瞬间发生改变，因而在施工设计的时候最好从上而下地进行。顺着墙体边界的高度可以适当增加厚度和调整混凝土的级次，也可以对墙肢进行适当的削减，以保证顺着边缘的高度提高缓冲抗侧移的坚固性能。

3.3设计好墙肢高度和宽度的比例

为防止出现比较脆的剪力损害，可以设计成延性结构。特别是在设计抗震的剪力墙结构时，这种延性更符合要求，一般中墙高度宽度的比例最好是大于2，如果剪力墙的长度大，可以利用增加的洞口使其变成若干个比较匀称的单独小墙，联肢或者整体的均可，这样也能达到高度宽度比例不小于2的要求。

3.4设计剪力墙洞口应当注意的问题

增加剪力墙的洞口，应当注意以下三点。一是洞口应规则排列，墙肢和结构梁应清晰，使其具备合理的应力区间，同时也满足常规的计算简图标准，但是在设计洞口的时候墙肢的坚固程度一定要接近。二是如果洞口发生了错开或者叠合，出现了开洞不规则的情况，由于承受的应力具有很大的复杂性，会使剪力墙出现明显薄弱的地方，而传统的计算方法不能得出实际的内部应力数值，所以设计时要防止出现上述情况。如果在施工设计时不能避免，可以通过采取有限元的办法对内部应力系数进行测算，同时将一些轻质的材料填充到洞口，弱化其不规则性，增强剪力墙的性能。三是如果剪力墙的洞口出现了不规则的地方，那么在测算内部应力和侧移系数的时候，一定要严格按照规范标准执行，也就是使用有限元的水平计算办法。如果运用的是杆系模型方法，在计算的时候，要对测算的结果做好分析，或者再进行一遍校核，以增强准确性。

4设计指标及相应调整方法

结构设计中，剪力墙结构的计算结果是否满足规范要求，需要进行结构建模分析计算，分析结构整体的剪力墙布局是否满足规范限值，下面列举几种结构整体指标及对应的调整办法。

4.1位移角：楼层层间最大水平位移与层高之比，高层剪力墙设计时，层间位移角影响因素主要为建筑高度，建筑平面长宽比越大，端部位移角越大，调整布置剪力墙时，结合建筑墙体的位置，加强外围剪力墙布置，平面布置均匀对称，平面布置时刚心和质心尽量重合来减少扭转。层间弹性位移角限值不满足要求，但相差不大时，可增加混凝土的标号，设计时尽量通过调整墙体布置，来增加建筑的刚度。

4.2位移比：偶然偏心的规定水平力作用下，水平位移或层间位移最大值与平均值的比值。来判断平面是否扭转不规则，当位移比大于1.2时判断为扭转不规则，但不应大于1.5。扭转不规则模型计算时，考虑双向地震。调整方法同位移角中的调整要求。

4.3周期比：Tt/T1≤0.9（0.85）其中Tt：扭转为主的第一自振周期，T1：平动为主的第一自振周期，A级高度限值为0.9，B级高度限值为0.85。当周期比不满足时，应增加外围墙体的刚度，在满足层间位移角和位移比要求的情况下，可采取增加洞口宽度，减小连梁高度，减小剪力墙长度，降低整个平面的平均刚度等措施。

4.4受剪承载力之比：首先判断是否为薄弱层，当抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%就为薄弱层，但抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%；结构设计时避免出现薄弱层，当出现薄弱层时，首先应尽量增加薄弱层墙体的墙长及墙厚，设计时确无避免时，地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。

4.5有效质量系数：计算振型数应使各振型参与质量系数大于等于0.9，当该系数小于0.9时，模型计算时增多振型个数。

4.6刚重比：判断高层结构的整体稳定，应满足公式EJd/H2G≥1.4，当刚重比不满足要求时，需要增大竖向构件的抗侧刚度。当EJd/H2G≥2.7时，可不考虑重力二阶效应引起的不利影响，小于2.7时应计算重力二阶效应，计算参数的选取在设计信息中，勾选二阶效应计算方法选项。

5结语

高层住宅结构设计需要以结构理论为基础，以工程经验、设计技巧为参考，以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导，以先进的结构设计分析方法为手段，通过精细的计算分析和方案对比，对结构设计不断深入完善，才能达到结构更安全、体系更可靠、性能更佳、材料更省、造价更低的目的。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）.

[3]崔东方.剪力墙结构在房屋建筑结构设计中的应用[J].山西建筑，2017，43（13）：38-39.