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摘要：着我国社会经济的飞速发展和城市化建设进程的加快，尤其是高层建筑的与日俱增和社会对抗震要求的逐渐重视，剪力墙结构在民用建筑中已经得到了越来越广泛的应用，本文介绍了剪力墙结构设计中的基本概念，并给出了相关设计的规定，最后通过工程实例对高层住宅剪力墙结构设计进行了分析。
关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来随着城市可利用土地的逐渐减少，人们对住宅平面与空间的要求越来越高，普通框架结构的露柱露梁已不能满足人们对住宅空间的要求。采用即可以保证结构的刚度、位移，又可以满足室内空间的要求的剪力墙结构得以普遍应用。剪力墙结构的受力、变形特征，类似框架结构，但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致竖向位移的差别，也比框架结构小，传至基礎的荷载更均匀、合理。
1剪力墙设计中的基本概念
(1)剪力墙高和宽尺寸较大，但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其肢长与厚度的比值，当比值≤3时可按柱设计，当比值在3到5之间时可视为异形柱，按双向受压构件设计。(2)剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求，墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此，应注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。(3)剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平
面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外剐度及承载力。因此应尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全。
2 剪力墙结构的合理布置及相关设计规定
剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙结构布置形式，使其具有较好的空间工作性能，两个受力方向的抗侧刚度接近。剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确墙肢和连梁。避免剪力墙脆性破坏。长剪力墙宜开设洞口(用砌体填充)，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段要采用弱梁连接，每个独立墙段总高度与其截面高度之比不应小于2 墙肢截面高度不宜大于5m。剪力墙自下到上连续布置，避免刚度突变。控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。
3 工程实例设计分析
3．1工程概况
计算模型为某小区26 层剪力墙住宅楼，总建筑面积约17143．4m2 建筑层高2．9m，建筑高度76．6m。
（1）1设计数据
本工程设计基准期50 年，抗震设防烈度为6 度，地震分组为第二组，设计基本地震加速度为0.059。本工程建筑场地为l类场地，按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。该工程为A 级高度建筑，其结构抗震等级为四级。场地的特征周期=0.305，水平地震影响系数最大值。max=0.04 基本风压0.35kN／mz，地面粗糙为C 类，风压体形系数、风压高度变化系数及风振系数均按GB50009—2010《建筑结构荷载规范》的规定采用，楼面活荷载标准值按荷载规范取值。
（2）结构平面布置
结构平面布置考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，尽量均匀对称，减少扭转影响，建筑平面力求简单规则，以减少震害。一般情况下在层数较多(20 层以上)的高层建筑中常采用传统的全现浇剪力墙体系。因为如采用短肢剪力墙体系，就使得结构较柔，结构顶点位移和层间位移不一定能满足规范要求，底部剪力系数也偏低，结构趋于不安全。
（3）结构竖向布置
结构竖向布置方面，该项目高宽LH／B=5，符合抗震规范剪力墙结构6度设防小于6的要求。在抗震设计中要求结构承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化均匀、连续，不要突变。该工程平面在竖向上没有大的内收外挑情况，平面从底至顶一致。竖向刚度的变化主要表现在分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，从施工方便来说，改变次数不宜太多；但从结构受力角度来看改变次数太少，每次变化太大又容易产生刚度的突变。
3．2 设计内容及结果
（1）最大地震力作用方向
最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某个角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算机中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。
（2）结构基本周期
结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。
（3）周期折减系数
周期折减的目的是为了充分考虑框架结构或剪力墙结构中的填充砖墙刚度对计算周期的影响。由于填充墙作用，在早期弹性阶段结构会有很大刚度，因此会吸收很大地震力，当地震力加大时，填充墙首先破坏，刚度大大减弱。周期折减系数不改变结构自振特性，只改
变地震影响系数。特性，只改变地震影响系数。周期折减系数取值，与结构中非承重墙体材料性质、多寡、构造方式有关，应由设计人员根据实际情况确定，可取0.75～1.0。
（4） 框架梁刚度放大系数
对于现浇楼板，在采用刚性楼板假定时，楼板作为梁的一部分，在分析中可用此系数来考虑楼板对梁刚度贡献。梁刚度增大系数BK可在1.0～2.0 范围内取值。程序自动搜索中梁和边梁，两侧均与刚性楼板相连的中梁的刚度放大系数为BK，只有一侧与刚性楼板相连的
中梁或边梁的刚度放大系数为(1+BK)／2，其他情况的梁刚度不放大。本工程取BK=2。
（5）结果
(1) 动力性能方面。通过刚度减少, 方案一的第一平动周期由TI=1.414％变为方案Z、TI=I.9572s，影响十分显著。平动周期数与扭转周期数量变化不大，方案一第一扭转周期值与第一平动周期的比值分别为0.797，方案二为0.699，均符合规范要求。可见方案二通过
在剪力墙上开设结构洞或增大原有洞口，使结构刚度减小，从而增长了周期,使结构变“柔”。但扭转效应减小，说明结构布置更加合理。
(2)结构变形方面。两方案的结构变形指标均符合规范要求。按六度设防计算时方案一最大层间位移角才1／4270，方案二最大层间位移角1／2782，较方案一有较大改进。但最大变形均发生在风载作用时，说明六度区的风荷载对高层建筑的影响已经超过地震荷载，设计时应将风荷载作为首要影响因素。但在较高烈度区时，随着地震烈度的提高，剪力墙所受的地震作用不断增大。地震荷载超越风荷载成为主要影响因素，其中层间位移比成为主要控制指标。
(3)结构内力方面。方案二的基底弯矩值和剪力值均小于方案一的数值。因此减小结构刚度，增长周期，使地震影响系数减小，可有效减少地震力。并且随着震级的提高，地震作用成倍增加。同时，单从两方案的轴压比来看，剪力墙的数量还可进一步减少以充分发挥混凝土材料的性能，提高建筑物的经济性。
参考文献
[1] 周勇. 浅析高层建筑剪力墙结构设计[J]. 科技风, 2010.
[2] 韩桂发. 浅析高层住宅结构设计与体会[J]. 价值工程,2010.
姓名：邹恒单位：广东中山建筑设计院有限公司
关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来随着城市可利用土地的逐渐减少，人们对住宅平面与空间的要求越来越高，普通框架结构的露柱露梁已不能满足人们对住宅空间的要求。采用即可以保证结构的刚度、位移，又可以满足室内空间的要求的剪力墙结构得以普遍应用。剪力墙结构的受力、变形特征，类似框架结构，但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致竖向位移的差别，也比框架结构小，传至基礎的荷载更均匀、合理。
1剪力墙设计中的基本概念
(1)剪力墙高和宽尺寸较大，但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其肢长与厚度的比值，当比值≤3时可按柱设计，当比值在3到5之间时可视为异形柱，按双向受压构件设计。(2)剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求，墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此，应注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。(3)剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平
面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外剐度及承载力。因此应尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全。
2 剪力墙结构的合理布置及相关设计规定
剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙结构布置形式，使其具有较好的空间工作性能，两个受力方向的抗侧刚度接近。剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确墙肢和连梁。避免剪力墙脆性破坏。长剪力墙宜开设洞口(用砌体填充)，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段要采用弱梁连接，每个独立墙段总高度与其截面高度之比不应小于2 墙肢截面高度不宜大于5m。剪力墙自下到上连续布置，避免刚度突变。控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。
3 工程实例设计分析
3．1工程概况
计算模型为某小区26 层剪力墙住宅楼，总建筑面积约17143．4m2 建筑层高2．9m，建筑高度76．6m。
（1）1设计数据
本工程设计基准期50 年，抗震设防烈度为6 度，地震分组为第二组，设计基本地震加速度为0.059。本工程建筑场地为l类场地，按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。该工程为A 级高度建筑，其结构抗震等级为四级。场地的特征周期=0.305，水平地震影响系数最大值。max=0.04 基本风压0.35kN／mz，地面粗糙为C 类，风压体形系数、风压高度变化系数及风振系数均按GB50009—2010《建筑结构荷载规范》的规定采用，楼面活荷载标准值按荷载规范取值。
（2）结构平面布置
结构平面布置考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，尽量均匀对称，减少扭转影响，建筑平面力求简单规则，以减少震害。一般情况下在层数较多(20 层以上)的高层建筑中常采用传统的全现浇剪力墙体系。因为如采用短肢剪力墙体系，就使得结构较柔，结构顶点位移和层间位移不一定能满足规范要求，底部剪力系数也偏低，结构趋于不安全。
（3）结构竖向布置
结构竖向布置方面，该项目高宽LH／B=5，符合抗震规范剪力墙结构6度设防小于6的要求。在抗震设计中要求结构承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化均匀、连续，不要突变。该工程平面在竖向上没有大的内收外挑情况，平面从底至顶一致。竖向刚度的变化主要表现在分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，从施工方便来说，改变次数不宜太多；但从结构受力角度来看改变次数太少，每次变化太大又容易产生刚度的突变。
3．2 设计内容及结果
（1）最大地震力作用方向
最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某个角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算机中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。
（2）结构基本周期
结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。
（3）周期折减系数
周期折减的目的是为了充分考虑框架结构或剪力墙结构中的填充砖墙刚度对计算周期的影响。由于填充墙作用，在早期弹性阶段结构会有很大刚度，因此会吸收很大地震力，当地震力加大时，填充墙首先破坏，刚度大大减弱。周期折减系数不改变结构自振特性，只改
变地震影响系数。特性，只改变地震影响系数。周期折减系数取值，与结构中非承重墙体材料性质、多寡、构造方式有关，应由设计人员根据实际情况确定，可取0.75～1.0。
（4） 框架梁刚度放大系数
对于现浇楼板，在采用刚性楼板假定时，楼板作为梁的一部分，在分析中可用此系数来考虑楼板对梁刚度贡献。梁刚度增大系数BK可在1.0～2.0 范围内取值。程序自动搜索中梁和边梁，两侧均与刚性楼板相连的中梁的刚度放大系数为BK，只有一侧与刚性楼板相连的
中梁或边梁的刚度放大系数为(1+BK)／2，其他情况的梁刚度不放大。本工程取BK=2。
（5）结果
(1) 动力性能方面。通过刚度减少, 方案一的第一平动周期由TI=1.414％变为方案Z、TI=I.9572s，影响十分显著。平动周期数与扭转周期数量变化不大，方案一第一扭转周期值与第一平动周期的比值分别为0.797，方案二为0.699，均符合规范要求。可见方案二通过
在剪力墙上开设结构洞或增大原有洞口，使结构刚度减小，从而增长了周期,使结构变“柔”。但扭转效应减小，说明结构布置更加合理。
(2)结构变形方面。两方案的结构变形指标均符合规范要求。按六度设防计算时方案一最大层间位移角才1／4270，方案二最大层间位移角1／2782，较方案一有较大改进。但最大变形均发生在风载作用时，说明六度区的风荷载对高层建筑的影响已经超过地震荷载，设计时应将风荷载作为首要影响因素。但在较高烈度区时，随着地震烈度的提高，剪力墙所受的地震作用不断增大。地震荷载超越风荷载成为主要影响因素，其中层间位移比成为主要控制指标。
(3)结构内力方面。方案二的基底弯矩值和剪力值均小于方案一的数值。因此减小结构刚度，增长周期，使地震影响系数减小，可有效减少地震力。并且随着震级的提高，地震作用成倍增加。同时，单从两方案的轴压比来看，剪力墙的数量还可进一步减少以充分发挥混凝土材料的性能，提高建筑物的经济性。
参考文献
[1] 周勇. 浅析高层建筑剪力墙结构设计[J]. 科技风, 2010.
[2] 韩桂发. 浅析高层住宅结构设计与体会[J]. 价值工程,2010.
姓名：邹恒单位：广东中山建筑设计院有限公司