浅谈高层住宅剪力墙结构优化设计摘要：随着高层建筑的日益增多，剪力墙结构也成为了高层住宅的一种普遍结构形式。

本文以某花园7号楼为例,浅谈高层剪力墙结构设计中的常遇问题，及其解决方法及措施。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；结构设计近年来，高层住宅大量涌现，如何在设计过程中使结构安全合理、经济显得尤为重要。

但是目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置，先设定好构件尺寸，再通过电算，在电算过程中仅对个别超限构件进行调整，便最终形成设计结果。

至于整体结构方案是否完善，构件尺寸是否合理，则没有详细考虑，很多时候会产生不必要的浪费，甚至会有很大的安全隐患。

现以某花园7号楼为例，就高层剪力墙结构设计中的常遇问题，分析并提出解决的方法及措施。

一、工程概况某花园7号楼位于广东省。

地下一层为设备用房，地上部分为25层住宅。

主体结构为剪力墙结构，无转换，抗震设防烈度为六度，基本风压为0.40kn/m2（按100年一遇的基本风压），体型系数取1.4。

建筑总高度78m，剪力墙抗震等级为四级。

场地类别为ii类，地面粗糙度为c类。

上图为某花园7号楼标准层平面图二、概念设计实际工程设计中，很多设计人员对剪力墙布置往往有一定的随意性，电算通过后就不加调整地去做施工图，如此结构设计很难做到安全合理、经济。

高层剪力墙结构设计非常强调概念设计，概念设计的目标是使整体结构发挥耗散地震的作用，同时避免因为出现敏感的薄弱部位而导致整体结构过早地破坏。

因此剪力墙的布置应以此为原则，方可使结构在整体上安全合理、经济。

目前很多设计剪力墙布置过多或过长，造成结构体系刚度过大，引起地震力加大，并且加大后的地震力有时集中于某些薄弱部位，造成安全隐患。

而某些设计剪力墙布置又过少，结构体系中梁系互相搭接，以至传力途径不明确，同样造成安全隐患。

三、总体指标控制1、位移比根据《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj3-2002 （下面称《高规》）的4.3.5条规定：结构平面布置应减少扭转的影响。

在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，a级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；b级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

对于位移比超限，首先应参考其他整体指标如层间位移角、周期等，以及参看satwe的结构整体空间振动简图、各层配筋构件编号简图（形心和刚心位置偏差）。

如果抗侧刚度很大，可考虑减小相应部位的刚度；如果抗侧刚度较小，可考虑增加相应部位的刚度。

增加刚度可采取的方法有：调整最大位移发生处的梁尺寸，或最大位移发生处的墙肢长度或厚度，以增加该处的刚度，减小位移。

由于本工程为广东项目，根据《广东省实施(jgj 3—2002)补充规定》（下面称《广东高规补充规定》），当层间位移角很小时，位移比可适当放松。

2、层间位移角根据《广东高规补充规定》的3.5.1条规定：对于高度小于150m 的剪力墙、筒中筒等弯曲型结构，当弯曲变形的影响明显，某层层间有害位移值小于层间位移值的50％时，该层层间位移角限值可放宽至1/800。

本工程由于地震烈度仅为六度，抗侧刚度又较大，未执行本条规定。

3、周期比根据《高规》的4.3.5条规定：结构扭转为主的第一自振周期tt与平动为主的第一自振周期t1之比，a级高度高层建筑不应大于0.9，b级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

对于周期比的超限，可采取的方法：(1)、尽量加大周边剪力墙，提高抗扭刚度；或减少核心筒刚度，削弱结构抗侧刚度。

从而加大第一平动周期，减小周期比。

(2)、轴线通过或靠近结构刚心的剪力墙对结构抗扭刚度贡献不大，但对抗侧贡献较大，可以削弱。

(3)、调整质心两侧剪力墙的位置及墙肢长度，使其质心与刚心尽量接近。

4、剪重比根据《建筑抗震设计规范gb50011-2001》(2008年版) （下面称《抗震》）的5.2.5条规定，六度地区没有剪重比要求，但根据5.2.5的条文解释：对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构，剪力系数取0.2αmax，六度地区可取0.2x0.04=0.008。

限值最小剪重比，是为了避免各楼层水平地震剪力过小，造成安全隐患。

本条文在《抗震送审稿》中也已做了修订，六度地区剪重比的剪力系数取0.008。

本工程按剪重比的剪力系数大于0.008控制。

5、轴压比根据《抗震》的6.4.5条规定：一级、二级抗震墙，底部加强部位在重力荷载代表值作用下轴压比，一级（9度）时不宜超过0.4，一级（8度）时不宜超过0.5，二级不宜超过0.6。

规范未对三级、四级剪力墙的轴压比作出规定，在实际工程设计也往往对三级、四级剪力墙的轴压比不作控制。

实际上在《抗震送审稿》中本条已做了修订，其6.4.2条规定：一级、二级、三级抗震墙，在重力荷载代表值作用下的墙肢的轴压比，一级（9度）时不宜超过0.4，一级（7、8度）时不宜超过0.5，二、三级不宜超过0.6。

本次修订不仅把原来的底部加强部位扩大到全高，而且由一、二级扩大到三级。

本工程根据以往的设计经验，把四级剪力墙的轴压比控制在0.7。

经过电算，对于轴压比控制在0.7范围内的剪力墙，其配筋基本全部为构造配筋。

虽然增加了一定的混凝土用量，但大大降低了钢筋含量，取得了很好的经济效益。

四、剪力墙设计1、剪力墙的合理布置（1）、高层建筑应有较好的空间工作性能，剪力墙结构应双向布置，形成空间结构。

在抗震结构中，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向抗侧刚度接近。

（2）、剪力墙布置尽量均匀，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合。

（3）、在结构布置应避免一字形剪力墙，若出现则应尽可能布置成长墙(h/w>8)。

（4）、应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的2.5倍时，应计算暗柱配筋。

（5）、转角处应力容易集中，有条件时两个方向均应布置成长墙。

（6）、由于短肢墙的抗震性能较差，尽可能减少使用短肢墙。

（7）、剪力墙不宜过多过长，以免刚度过大，以满足轴压比并尽可能接近最小轴压比要求为标准。

同时避免剪力墙过少，导致梁系为多重搭接传力，传力不明确。

2、墙肢长度和厚度的选取（1）、墙肢的长度剪力墙墙肢长度（即墙肢截面高度）一般不宜大于8 m。

剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。

当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比宜大于6），使其可近似认为分成了独立墙段。

（2）、墙肢的厚度规定剪力墙的最小厚度，其主要目的是保证剪力墙平面外的刚度和稳定性能。

其厚度要求见表1。

对短肢剪力墙结构，规定其抗震等级应比表1中规定的抗震等级要高一级采用。

对于住宅建筑，填充墙厚一般为200 mm，相应剪力墙厚也取为200 mm。

住宅层高一般为2.8～3.0 m，故墙厚取200 mm，除底层加强区的一字形短肢剪力墙外，均能满足规范要求。

实际工程往往下面几层因为建筑要求加大层高。

相应的结构措施除了增加墙厚满足高厚比外，还可以提高混凝土强度或增加墙肢长度。

根据《高规》的7.2.2：当墙厚不能满足本条第1、2、3款的要求时，应按本规程附录d计算墙体的稳定。

只要满足附录d墙体稳定的验算，就可以不增加墙厚，这种处理方法往往更为建筑所接受。

3、短肢剪力墙《高规》的7.1.2条文对短肢墙做了详尽的要求，然而却未对短肢墙结构作出规定。

一般情况下，当剪力墙结构中短肢墙所承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构底部总地震倾覆力矩的40％～50％时，才认为是短肢墙结构。

而《广东高规补充规定》的3.2.4条文规定：具有较多短肢剪力墙结构的剪力墙结构指短肢墙的截面面积占剪力墙总截面面积的50％以上。

本工程仅个别墙为短肢墙，所以不认为是短肢墙结构。

另外根据《广东高规补充规定》6.0.3条文规定：抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比其他条件相同的剪力墙提高一级，重力荷载代表值作用下的墙肢轴压比，抗震等级为一、二、三级时分别不应大于0.5、0.6、0.7，底部加强部位墙肢边缘约束构件的纵向钢筋配筋率不应小于1.2％，其他部位不应小于1.0％。

本条文和《高规》的7.1.2相比，范围扩大到所有短肢墙，而不仅是短肢墙结构的短肢墙；同时配筋有所减小，只是规定边缘构件的配筋率，而不是全截面的配筋率。

本工程对所有短肢墙均按《广东高规补充规定》6.0.3做了加强。

此外根据《广东高规补充规定》3.2.3条文规定：当剪力墙截面厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，高度与厚度比大于4时仍是一般剪力墙。

本工程底部层高4.5米，墙厚300mm，墙长多数为1.8～2.4米，根据《广东高规补充规定》认为是一般剪力墙。

4、剪力墙边缘构件试验研究表明，钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比，其极限承载力提高约40％，耗能能力增大20％，且增加了墙体的稳定性。

因此一、二级的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件，其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。

对剪力墙的构造边缘构件的配筋应区分剪力墙的受力特性及类别，即普通剪力墙、短肢剪力墙区别对待。

对于普通剪力墙，其暗柱配筋应满足规范要求的最小配筋率，建议底部加强区0.7％，一般部位0.5％；对于短肢剪力墙，应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区1.2％，一般部位1.0％。

本工程均设置构造边缘构件，纵筋最大直径为á16，底部加强区暗柱配筋率最大为1.2％，最小为0.7％；其他部位纵筋配筋率普遍在0.5％～0.7％。

五、转角窗的处理高层建筑的角部在地震中是最薄弱的部位，也是结构的关键部位。

在角部剪力墙上设转角窗实际上取消了角部的剪力墙，代之以角部曲梁，这不仅削弱了结构的整体抗侧刚度和抗扭刚度，同时邻近洞口的墙肢、连梁内力增大，扭转效应明显，对结构抗震不利。

b级高度和9度a级高度不应在角部剪力墙上开设转角窗。

8度及以下高层建筑在角部剪力墙开设转角窗时，应采取以下措施：（1）、提高转角窗两侧墙肢的抗震等级，并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求，如不满足宜加厚墙肢。

（2）、转角窗两侧的墙肢应沿全高设置约束边缘构件。

（3）、抗震计算时应考虑扭转藕连影响。

（4）、转角窗房间的楼板宜适当加厚，宜采用双层双向配筋。

（5）、加强转角窗窗台的连梁的配筋与构造。

六、连梁超筋处理连梁剪压比超限问题在剪力墙结构设计中是很常见的，尤其是在高烈度区。