第１１期（总第１８７期） 建筑设计■ 高层住宅市匡 剪力墙结构设计 李权 （福建省漳州市建筑设计院，福建漳州３６３０００） 摘要近几年随着中国经济发展，建筑行业也在不断进步，人们对房屋建筑要求越来越高。在实际工作中，钢筋 混凝土结构的剪力墙效果是比较好的，它是当今高层建筑中主要的结构形式。对剪力墙的设计原则和设计内容进行了 简要介绍，分析了控制成本的具体措施和实际案列。 关键词高层建筑；剪力墙；结构；设计 ０引言 根据国家政策和建筑企业标准的调整，我国很多地区房 地产建设在向高空发展，占地面积小，居住面积大的高层建 筑小区是我国现今小区发展的重点。在高层住宅的结构当 中，钢筋混凝土的性价比是比较高的，但是实际上，开发商为 了控制建造成本会设立钢筋混凝土使用上限。在确保整体工 程质量和使用功能的前提下，如何运用有限资源实现最大的 经济效益就是设计和施工的关键点，在不降低房屋安全性质 的前提下优化设计结构，做到技术的可行性、整体房屋工程 的合理性和科学性。 １剪力墙设计原则 高层的住宅小区均采用剪力墙结构，主要是因为剪力墙 具有抗侧向刚度大的特点。在小震下剪力墙可以有一定的刚 度和弹性，在面对大震的情况下，它可以通过下连梁吸收和 消耗大量的震剪力，然后通过塑胶作用进行协调的变形，减 小结构刚度，把地震危害降到最低。对高层住宅结构优化其 主要目的是在保证房屋安全的前提下减少结构刚度，把地震 危害降到最低，但是无原则地使用剪力墙会让工程本身重量 增加，结构的刚度加强从而导致地震的作用力也会增加，并 导致工程的制造成本上升，材料的消耗量不断加大。因此在 工作中要结合实际情况，在增强刚度和经济效益之间做好选 择。 ２剪力墙布置具体内容 根据７度抗震建筑的数据分析，高层住宅剪力墙的单位 使用面积含钢量中，剪力墙本身钢量的使用就有４５％￣６５％， 剪力墙边缘构建钢的使用量是３０％～５０％。因此剪力墙位置 的设计直接影响到整个工程的经济效益。剪力墙的设计原则 是在保证质量的前提下，尽量减少剪力墙的使用量和周边构 建的使用量，可以通过以下几个方面来达到建筑标准。 （１）强化周边，减弱中部。剪力墙尽量设置在结构外围周 边，要充分利用阳台设置的高连梁加强刚度。在结构的中部 要尽量减少剪力墙的设置，这样可以有效提高主体结构的抗 扭刚度，对结构的周期比和移位比进行严格监控，提高外墙 的防水性。 （２）少短墙多长墙。在考虑横竖承重的情况下，要在横竖 承受力有利的隔墙位置设置剪力墙，尽可能扩大剪力墙的布 置位置，不要在较小空间内设置多道剪力墙。可以通过长剪 力墙的肢长强度减少剪力墙的使用数量，让结构的整体刚度 增加，边缘部件数量减少，把墙间距的结构扩大，让建筑空间 更加灵活。 在实际工作中影响剪力墙延性破坏模式的因素主要有 两个，剪跨比和轴压比。只要剪跨比值不大于２，轴压比又在 规定的范围内，就可以让剪力墙实现延性破坏。但是要注意 的是在一个结构单元中，剪力墙的布置要避免墙肢为长墙， 因为在一个单元中，如果个别墙体的肢体较长其他墙体肢体 较短时，其长肢承受的重量也就越大，当压力大于承受负荷 时，其建筑结构就会遭受破坏，结构就起不了二级防震的效 果，甚至导致长肢墙体破坏引起连续倒塌。因此在高层剪力 墙结构中，长墙破坏力度不是关键，重要是内部力量不集合。 （３）少设计复杂形状转折。在对剪力墙进行设计时，要时 刻考虑到墙体转折对边缘部件的影响，尽量减少暗桩的数 量，暗桩的设计要避免大暗桩安置。在建筑电梯井处一般会 设计大暗桩，所以在此区域尽量避免短横墙和小墙垛的设 置。 （４）根据高度均匀变化。剪力墙的结构高度要均匀变化， 在高层建筑底部不适宜大量布置２００ｍｍ厚的剪力墙。在上 部的建设中为了减少成本投入，把剪力墙的数量减少，这样 的做法会加大刚度变化，不利于工程的防震，还不具有经济 效益。因此在设计中，设计师不在工程底部设置大量的剪力 墙，剪力墙厚度要进行合理安排，厚度增加要随着建筑加高 而均匀变化，这时剪力墙的刚度不但不会减少，还可以适应 底部大层高的要求。 （５）墙体肢轴压比较接近。在对两个方向的剪力墙设计 中，尽量使用连梁和框架梁把两个墙体进行连接，让墙体贯 ・３５・ ■建筑设计 勰 ２０１６生 较经济实惠的。钢筋在整个建筑中具体使用量见表１。 根据工程建造标准，依照图纸进行钢筋量计算，其数据 统计仅含结构钢筋，没有梁构造柱的钢筋含量。在整个４６层 穿整个结构，形成完整、统一、抗风、抗震的结构，避免独立墙 肢和半框架墙的出现，这样可以整体提高房屋的刚度和抗震 效果，满足在较少剪力墙的设置下空间位移角的要求。所以 剪力墙的设计和安置要进行全面分析，避免剪力墙数量加 多，但是刚度却减少。 的建筑当中，第７层也是加强层。 ５总结 在工作当中，结构的优化设计不是不按标准不分轻重地 进行规范和计算，它是要尽可能做到物尽其用，利用现有资 源实现经济效益最大化。对影响结构的关键点、重点要及时 ３控制成本具体措施 （１）使用高质量材料。为了节约成本要尽可能地使用轻 质墙体，如轻质墙板、混凝土砌块等。这些材料具有负荷小、 防震能力强，并且价格低廉的特点，暗桩、梁和板的设计要采 用高强度钢筋，减少工程的钢筋配量。 （２）合理的布局和精细计算。首先在保证横竖压力承受 计算，不能及时计算的要建立模型分析改正。在房屋建造初 期，设计人员和施工人员要进行密切配合，根据剪力墙的特 点，调整不合理的形成和布局。 度的前提下，要尽可能合理安排剪力墙的布局位置，剪力墙 的厚度要随着工程高度均匀变化。其次剪力墙之间要用连梁 参考文献 ［１】彭祥新．高层住宅框架一剪力墙结构设计与分析［Ｄ】．安徽 建筑工业学院，２０１１． 进行合理连接，避免独立墙和半框墙体的出现。在布置剪力 墙时要考虑小墙垛对边缘构建的影响，避免不必要大暗桩的 设立。最后剪力墙的框架梁厚度不一定和墙体一样厚，这样 的设计会给建筑带了很多好处，在考虑横竖负荷的情况下， 每个剪力墙的压力比要无限接近，避免各个墙肢的轴向变 形。 【２］康志宏．高层剪力墙结构住宅优化设计研究【Ｄ】．清华大学， ２０１４． 【３】陈永辉．高层住宅剪力墙结构（上部结构）优化分析及节材 设计【Ｄ】．广东工业大学，２０１５． ［４】陈龙洋．高层住宅剪力墙结构设计与分析【Ｄ】．河北工程大 学，２０１４． ［５】邹鹏．某高层住宅剪力墙结构设计及优化『Ｄ】．湘潭大学， ２０１５． （３）精心的荷载处理和钢筋搭配。在对负荷的承受力上 要进行精密计算，除开门窗和其他墙体的负荷，要明确建筑 的使用功能和活荷载，去掉不必要的荷载减少成本投入。在 对载荷进行精密计算时，要严格按照标准进行配筋，不可以 盲目扩大，保证建筑质量安全。 【６］梅生启．高层剪力墙结构住宅设计与分析【Ｄ】．河北工程大 学，２０１３． ４案例分析 某一个建筑工程分为地下２层，地上４６层，建筑的使用 年限是５０年，地震的防烈强度为７级，其地震加速度是 ０．１ｇ，结构安全等级是２级，抗震级别是丙类，剪力墙的防震 级别是二级。在对外围剪力墙厚度设计上２０层以下都是 ４００ｍｍ，２０～３４层是３００ｍｍ，３４层以上是２５０ｍｍ；内墙厚度 设计为２０层以下是３００ｍｍ，２０～３４层之间是２５０ｍｍ，在３４ 层以上是２００ｍｍ。混凝土的抗强度等级在８层以下采用 Ｃ６０，８－２２层是Ｃ５０，２２～３３层是Ｃ４０，３３层以上是Ｃ３０。本工 程属于超限工程，施工图纸对其进行了全面审查，各项指标 都符合相关规定，在面对超限的情况，对底部和中部的剪力 墙实施了中震不屈服设计。工程钢筋使用平面图如图１。 根据以上设计标准，由图可知钢筋混凝土的使用量是比 表１钢筋在整个建筑中具体使用量图１工程钢筋使用平面图 ｔ