摘 要：隨著城市化步伐的加快，城市建筑土地的緊缺，使高層建筑得到了很快的發展，也給高層建筑的結構設計帶來了新的挑戰。人們對高層住宅平面與空間的要求越來越高，高層建筑的結構設計成為人們關注的焦點。本文從剪力墻的結構類型及其特點、 剪力墻的布置和數量、 剪力墻墻肢分類以及連梁的設計等方面對高層建筑剪力墻結構設計中若干問題展開探討。

　　關鍵詞： 高層建筑 剪力墻類型 剪力墻布局 連梁設計

　　引言

　　隨著經濟和生活水平的提高，人們對住宅的空間結構和平面布局的要求也越來越高，高層建筑因其外觀挺拔、節約用地以及人口容載巨大等優點越來越受投資者及建筑師們的青睞。剪力墻結構的高層建筑更是因為結構剛度大，在橫向荷載作用下水平位移小以及建筑室內空間整體性好等特點， 被普遍推廣和使用。

　　一、 高層建筑剪力墻結構的分類及其特點

　　1.1 剪力墻結構的分類

　　影響剪力墻分類的因素有如下幾項： 剪力墻上是否開洞、 洞口大小、 洞口數量以及洞口位置等。根據以上影響因素， 剪力墻結構可劃分為 5 類， 分別為： 壁式框架剪力墻、 整體小開口剪力墻、 整截面剪力墻、 獨立懸臂剪力墻以及聯肢剪力墻。

　　1.2 各分類的特點

　　(1) 整截面剪力墻與整體小開口剪力墻： 以上兩種形式的剪力墻均屬于完整度高的墻體類型 (值高) ， 并具有相近的受力特征， 其形變曲線均為彎曲型。但兩者也存在區別： 前者由于墻體不挖洞， 整體受力特性一致， 在水平荷載下彎矩不會出現突變以及反彎點， 而后者則會出現彎矩突變的情況。

　　(2) 獨立懸臂型剪力墻： 與前兩種結構不一樣， 該種剪力墻墻面洞口較大， 值很小， 屬于墻肢強、 連梁弱的類型。由于連梁極弱， 所以其對墻肢的連接和約束作用很小， 在水平荷載作用下極易發生彎曲，剪力墻剛度低、 整體性差。因此，我們在設計時，如果有更好的選擇，此種形式的剪力墻盡量少用。

　　(3) 壁式框架式剪力墻： 跟上一種形式的剪力墻相像， 壁式框架式剪力墻墻面亦開有較大的洞口，連梁的抗彎線剛度與墻肢的抗彎線剛度相當， 但其整體性比獨立懸臂型剪力墻好， 值也較獨立懸臂型剪力墻高。 壁式框架式剪力墻在受到較大水平荷載作用時， 其會出現剪切型的變形， 且出現反彎點， 因此在設計時亦不宜過多使用。

　　(4)聯肢剪力墻介于整體小開口墻和獨立懸臂墻之間，連梁對墻肢有一定的約束作用，墻肢局部彎矩較大，整個截面上正應力已不再呈直線分布，變形曲線為彎曲型。

　　二、剪力墻的布置和數量研究

　　2.1 剪力墻的布置

　　在剪力墻分類和及各類型特點明確之后，我們需要對剪力墻的在平面上的布置方法和原則進行研究探討。剪力墻平面分布需要遵循幾個原則：均勻性原則、 對稱性原則、 分散性原則以及周邊圍合性原則。遵循以上原則， 可確保：(1) 剪力墻分散布置， 可確保墻體數量不會過少， 且每面墻體的剛度不需太大。 (2) 連續的墻體不會過長， 且抵抗水平荷載的構件增多，能有效分散外力的有害作用。 (3) 確保當某部分墻體在外來作用下發生損壞時， 建筑整體不會失穩。

　　2.2 確定剪力墻的厚度

　　根據施工經驗和規范要求，剪力墻結構中的剪力墻宜設置約束邊緣構件或構造邊緣構件。根據高層建筑設計規范，剪力墻的截面的厚度規定如下：(1)一、二級剪力墻，底部加強部位厚度不應小于200mm， 且不宜小于層高的 1/16; 其他部位不應小于160mm，且不宜小于層高的1/20。(2)三、四級剪力墻，底部加強部位厚度不應小于160mm， 且不宜小于層高的 1/20; 其他部位不應小于140mm，且不宜小于層高的1/25。

　　2.3 剪力墻合理數量的確定

　　據研究和實踐表明，剪力墻結構應避免僅單向有墻的結構布置方式，并宜使兩個方向抗側力剛度接近。內、外剪力墻應盡量拉通、對直。平面布置應盡可能均勻、對稱，盡量使結構的剛度中心和質量中心重合，以減少扭轉。在豎向，剪力墻宜自下而上連續布置，避免剛度突變。剪力墻間距不宜太密，側向剛度不宜過大。否則，自重加大，抗震設計時地震作用加大，不經濟。

　　剪力墻數量的確定應按照建筑在水平荷載作用下的許可位移來確定， 按照高層建筑設計規范的要求，樓層層間最大位移與層高的比值 (△u/H)剪力墻結構不應大于 1/1000;框架剪力墻結構不應大于1/800。 在滿足以上的水平位移控制的前提下， 剪力墻的數量可以適當調整。

　　三、剪力墻墻肢分類

　　剪力墻的墻肢根據其截面 “高厚比” (墻肢截面高度與寬度的比值) 的不同， 可分為 4 種形式， 其分別為： 普通剪力墻、 短墻肢剪力墻、超短墻肢剪力墻以及柱形墻肢剪力墻。普通剪力墻的 “高厚比” 不小于 8.0; 短墻肢剪力墻的高度與厚度比在 5.0-8.0 之間; 超短墻肢剪力墻的高度與厚度比在 3.0-5.0 之間。

　　(1) 普通剪力墻： 此種剪力墻特性優良， 抵抗側向荷載的強度高，能承受很大的水平方向荷載， 在條件允許時， 建議優先使用。

　　(2) 短墻肢剪力墻： 由于其具有肢短的特點， 在進行建筑布置時，能有效減低墻體結構的自身重量，應用比較廣泛，但其抗震性能較差，地震區應用經驗不多， 可用于整截面墻或整體小開口墻及聯肢墻的墻肢中， 考慮到高層建筑的安全， 其數量不宜過多， 規范對其有嚴格的限制。

　　(3) 超短墻肢剪力墻以及柱形墻肢剪力墻： 該兩種類型的剪力墻由于墻肢更短， 側向剛度更弱， 因此抗震能力也更差， 往往是結構的薄弱環節， 故在整截面墻中不宜采用， 但可以用于整體小開口墻或聯肢墻的墻肢中， 因為有較強連梁約束， 但如有可能，應盡量將墻肢做的長一些。

　　四、連梁的設計分析

　　在剪力墻的抗外力體系中， 連梁起到重要的作用， 其是調整剪力墻側向剛度和承載力的主要構件，連梁剛度的設計應該與墻肢相一致，不宜過大或過小。

　　在剪力墻設計中，要將聯肢墻設計成延性剪力墻，就必須讓連梁服從于墻肢， 也就是說把受力體系設計成 “弱梁強肢” 的狀態。 在受力計算時，為了能更準確地確定連梁與墻肢的強弱關系， 可根據高層建筑設計規范的規定將連梁的跨高比控制在 5 以內并根據墻肢長短適當調整。在抗震設計中，高層建筑設計規范規定： 通過折減連梁的剛度或者調節彎矩， 以達到縮減連梁剛度的設計值， 從而實現降低連梁的承載能力的效果， 并實現 “弱梁強肢” 。

　　另外， 在設計墻肢較長的中矮墻或者矮墻時， 按照經驗和規范要求，我們應通過開洞的方法， 將矮墻或者矮墻時分割成 “高長比” 大于2 的若干片墻段， 每片墻段之間用弱梁搭接， 通過這樣的方式， 將各個墻段構建成延性剪力墻系統。

　　五、總結

　　總之，在設計高層建筑剪力墻時，應充分考慮建筑的結構的受力特點，在進行合理的結構布置，在應用各種先進的結構設計理念對建筑設計中的各個細節進行優化設計。同時在結構設計時應加入抗震結構設計的意識，來保證整個建筑的抗震能力。使整個結構具有必要的承載能力、剛度。

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