冯玉敏

山东省菏泽市建筑规划设计研究有限公司 山东 菏泽 274000

1 剪力墙结构的优势分析

剪力墙结构最主要的优势在于美观、稳定性强、经济性高。其中，稳定性强来源于剪力墙较强的刚度与承载力，可以有效抵御外部荷载，对于水平荷载的抵抗作用更为明显，因此，剪力墙结构设计能够有效加强建筑整体的稳定性，这也是剪力墙结构应用最主要的优势。经济性高指的是剪力墙通常会选择混凝土浇筑的施工方法，能够在保证剪力墙综合性能与作用的基础上降低钢材的用量，因此成本投入较少，这也是剪力墙结构获得广泛应用的优势之一。美观性是在经济快速发展、人们对生活质量的追求越来越高的背景下对建筑建设的要求发生了转变，剪力墙结构可以将建筑内部分隔墙和承重墙有效结合，特别是隔断墙设计，能够留余更多的建筑内空间，提高使用功能的同时也提高了整体的美观性[1]。

2 剪力墙在高层建筑中的应用

2.1 剪力墙结构中的应用

有些房屋的剪力墙自建筑基础至屋顶没有被打断称为全部落地剪力墙结构。这是剪力墙最常见的一种结构体系。全部落地剪力墙是单一的抗震防线，因此相关国家规范中对其位移角的要求最严格。相对全部落地剪力墙结构，部分框支剪力墙结构由于框支框架的存在，其实先天性存在竖向抗侧力构件不连续这一项不规则类型。由于其竖向和水平向的力学复杂性，在分析其受力时，一般要求采用更为复杂的计算方法。首先进行常规的振型分解反应谱法得出位移、底部剪力等结果，与采用弹性时程分析方法相比，若后一种方法计算出的结果大，要按比例提高振型分解反应谱法中地震剪力。在罕遇地震作用下转换部位是薄弱部位，为保证大震不倒要满足弹塑性变形要求。对框支框架一般要采用有限元法分析转换梁与剪力墙的共同受力。

2.2 框架-剪力墙结构中的应用

根据框架和剪力墙分担的在规定水平力作用下的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值不同，确定不同的设计方法。当比值不超过10%时，框架不具备形成二道防线的能力，一般按剪力墙结构进行设计。而框架部分应按框架-剪力墙结构中的框架进行设计。当比值超过10%且不超过50%时，这是典型的框架-剪力墙结构。当比值超过50%且不超过80%时，也可按框架-剪力墙结构进行设计。当比值超过80%时，其受力性能更接近框架结构。在典型的框架-剪力墙结构中，存在着2道抵抗地震力的防线，即剪力墙和框架分别扮演着抵抗地震力的第一和第二道防线的角色。由梁柱组成的框架抗侧刚度明显小于剪力墙的抗侧刚度，其间存在数量级的差别。特别是在罕遇地震作用下，剪力墙首先出现屈服破坏，框架单独工作的状态。房屋设计时，水平力不是让框架和剪力墙按提供抗侧刚度的比例分配，而是有意识地保证剪力墙抵抗相应水平力的同时，保证框架结构有足够的在剪力墙失效时抵抗水平力的能力，实现大震不倒的目标。

2.3 板柱-剪力墙结构中的应用

板柱-剪力墙结构和框架-剪力墙结构有许多相似之处。主要差别在于板柱-剪力墙结构中某些部位不设置框架梁通过厚板来传递水平和竖向力。厚板与梁相比力学性能要差一些。在抗震设计上，板柱-剪力墙结构抗震计算与构造比框架-剪力墙结构要严格。高规中要求板柱-剪力墙结构中的剪力墙能抵抗超过80%相应方向的风荷载引起的水平剪力，并且能抵抗相应方向的全部地震剪力。板柱部分承载力要求提高到可抵抗超过20%相应方向的地震剪力。一般分析方法可采用振型分解反应谱法，但要满足罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算[2]。

2.4 筒体结构中的应用

筒体结构结构形式很独特，具有结构抗侧刚度大、整体性强、受力合理、使用灵活等许多优点，比较适合更高的高层建筑。特别是在B级高度房屋中应用广泛。筒体结构最常见的为框架-核心筒和筒中筒。一般高度不超过60m的框架-核心筒受力性能与框架-剪力墙十分接近，所以一般允许按照框架-剪力墙结构进行设计。高度超过60m的框架-核心筒，其受力性能有别于框架-剪力墙。此时也可按照两道抗震防线的理念进行设计。但剪力墙围合而成的核心筒的抗侧刚度要比框架-剪力墙中分散设置的剪力墙的抗侧刚度大很多，框架-核心筒的二道防线设计也有别于框架-剪力墙。特别是框架部分承担的地震剪力标准值的最大值与结构底部总地震剪力标准的比值不到10%时，提高框架作为二道防线所分配的地震剪力，同时也要提高核心筒抗震承载力。筒中筒是指由钢筋混凝土剪力墙围成的外筒和内筒。或同时存在外围的密集布置的柱和大截面的框架梁组成的框架筒体与剪力墙结构围合而成的核心筒体。其设计思路接近剪力墙结构，但剪力墙围成的筒体结构空间受力性能更强，抗侧刚度会显著优于普通剪力墙。在筒体剪力墙的构造上要求也更高。筒体结构工程应用中一般是超限的，需报超限审查。分析方法除一般的如振型分解反应谱法、弹性时程分析法补充计算等外，要依据超限专家组给出的意见进行其他有针对性的计算方法和构造要求。

3 高层住宅结构剪力墙优化设计改进方案

3.1 优化剪力墙平面分布

合理的剪力墙平面分布可以提高建筑的稳定性，在抗风、抗震等方面有很大的意义。剪力墙的平面分布设计可以优化：①保持剪力墙表面平整，平整的剪力墙可以保证受力均匀，减少压力突然变化引起的建筑物不稳定；②减少剪力墙平面外弯矩，可以通过添加辅助墙肢、扶壁柱等结构来缓解外弯矩带来的负面影响；③保证剪力墙对称分布于高层建筑中心轴的两侧，提高建筑的抗侧力、降低建筑的扭矩，提高抗震能力；④对于不同的层数设计不同的剪力墙刚度，提高建筑物的承载力[3]。

3.2 保证剪力墙的延展度

在高层建筑中，容易遇到需要配备较高剪力墙的情况，如果剪力墙延展度不高、弯曲性能差会导致建筑不稳定，因此，可以采用易于延展的具有一定弯曲性的剪力墙来提高建筑的稳定性和机械强度。

3.3 尽量使用长度合理的剪力墙

实际应用中，尽量减少短肢墙的使用不仅可以降低施工难度，而且可以充分利用剪力墙的抗侧移能力，并且，减少短肢墙的使用可以降低需要的钢筋数量、节约成本。

3.4 合理设计剪力墙刚度分布

剪力墙的刚度分布对于高层建筑的抗扭转性和抗侧力十分重要，因此，应该尽量保证建筑四周剪力墙刚度高、建筑中间剪力墙刚度低。并且，应该增加建筑周围的剪力墙数量、降低电梯间区域剪力墙数量，以提高结构的整体刚度、抗侧翻能力、位移比等关键参数[4]。

3.5 采用合理的剪力墙形状

形状复杂的剪力墙会造成受力分析复杂、施工困难等问题，实际设计中应尽量减少使用，同时，一字型剪力墙抗震能力低，平面外稳定性容易被破坏。因此，应该采用合理的剪力墙形状，尽量使用L形或T形剪力墙保证墙体良好的稳定性、充分发挥钢筋的承重能力。

3.6 优化剪力墙搭配钢筋比例

钢筋是剪力墙结构的核心成分之一，也是剪力墙承重的主要材料，在进行高层住宅结构剪力墙优化时，应该重点考虑对钢筋配比的优化。

3.7 采用高强度材料

钢筋混凝土是当今剪力墙结构的主要组成材料，但是其具有重量大、成本高等特点，在保证结构安全的前提下，可以增加对高强度钢筋混凝土的使用，以减少单位承重力需要的材料数量、减小结构尺寸，此外，在隔墙等结构上适当采用轻质墙板等材料可以进一步减小楼体重量，是降低成本的有效措施[5]。

4 结束语

随着建筑高层化的发展，剪力墙结构的应用将会越来越广泛，而在建筑结构设计中应用剪力墙结构时，如何进一步加强剪力墙结构的质量，改善剪力墙结构体系则成为当下需要解决的问题。设计人员需要在设计中进行创新和优化，积极借鉴国内外剪力墙结构设计的先进理念、技术、经验，根据项目的实际情况灵活调整，以确保剪力墙结构设计的可行性。