高层住宅剪力墙结构设计问题探讨

徐斌斌

摘 要：城市化进程的飞速发展需要城市为人们提供更多的居住、工作的場所，高效利用有限的土地资源是城市发展必须要遵循的原则，而在城市建筑的建设工程中，住宅的建设占了大部分比例，发展高层住宅是必然趋势。相较于砖混结构的多层住宅，高层住宅多为钢筋混凝土结构，其取材容易，造价易控，地基扎实，质量可靠，在结构型式上常用框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构，其中剪力墙结构的整体性能良好，侧向刚度大，抗震能力强，在高层住宅的结构设计中应用十分广泛。文章试从高层住宅建筑的结构特点入手，分析剪力墙在高层住宅中应用的价值和优点，再次阐述剪力墙的形式与种类，分析高层住宅建筑剪力墙设计的要点，以期能够提供有价值的参考。

关键词：高层住宅；剪力墙；结构设计

1 高层住宅结构与受力特点

1.1 高层住宅结构特点

我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中规定：10 层及10 层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑为高层建筑。在我国的高层建筑中，绝大部分为高层住宅，根据功能的不同会开发建设居住住宅、商住两用住宅等多种形式，住宅结构体系也各不相同，根据建筑不同的使用功能和设计情况发挥着自身的优势。

随着高层住宅建设的日趋成熟，对于住宅的高度采取了一定的限制措施，不是越高越好没有上限，住宅在设计时就要考虑到层高的因素，空间设计要合理，不能给人以压抑的感觉，采光、通风的基本要求也要满足，建筑的稳固性、实用性、舒适性缺一不可，在结构形式的选取上就要综合多方因素进行考量，保证住宅建筑具有良好的抗震性能和实现经济效益。

1.2 高层结构受力特点

我们都知道建筑结构不仅仅要承担自身的重量和风荷载，还必须要能抵抗地震的破坏。因此在高层建筑的设计时主要依据是建筑的高度，竖向荷载起控制作用。但是随着楼层高度的不断增加，建筑水平荷载的控制力逐渐大于竖向荷载，竖向荷载所引起的轴向压力的大小与结构高度成线性比例，但是因水平荷载而引起的轴向压力与高度的次方成正比，因此水平荷载才是起决定性作用的因素；水平荷载作用时结构侧移沿建筑高度方向迅速增大，因此建筑结构必须有可靠的抗側力体系来抵抗侧移变形；楼层越高，结构自上而下承受的竖向荷载压力越大，要注意竖向结构的轴向变形；高层建筑结构不仅要具有一定的刚性，还要具有一定的延性，使建筑结构具有较好的塑性变形能力，能够耗散更多的地震能量，提高抗震性能。

2 剪力墙结构概述

2.1 剪力墙结构的概念和形式

剪力墙结构是由钢筋混凝土墙板构成的，代替框架结构中梁柱作用的空间结构体系，能够承担竖向荷载和水平荷载作用力的一种结构形式。根据剪力墙是否有开洞，以及开洞的大小、位置、形状因素的不同，都会使剪力墙的受力特点和变形发生改变，以剪力墙开洞情况的不同，可以将剪力墙分为以下四类：整体剪力墙、整体小开洞剪力墙、联肢墙剪力墙、壁式框架。

2.2 剪力墙结构的优缺点

剪力墙的空间性好、经济性强、结构整体性好，侧向刚度大，水平作用力下位移小，用钢量也很节省。城市高层住宅现代设计的室内空间区域划分较多，功能明确，分隔墙比较多，居室空间和客房大多设计为小间，采用现浇剪力墙结构可以将承重墙和分隔墙合二为一，对于建筑整体建设来说具有较高的经济效益；另外采用现浇剪力墙结构可以做到房间内不露柱、梁，极大的节省了室内可用空间，提高了室内的美观和整体效果，结构简洁便于布置；剪力墙结构承受竖向、水平荷载作用力的能力比框架结构更高，因此建筑可以实现更高、更多层的建设。

当然剪力墙结构不是万能的，其也存在一定的缺点：由于剪力墙结构中的混凝土墙体较多，无形中增加了建筑的重量，并且剪力墙结构抗侧刚度大，也会带来较大的地震效应；剪力墙结构中的构造配筋使得配筋率较低，结构的延展性也会下降；剪力墙中大部分的墙肢轴压比较低而致使其承载能力不能充分发挥。因此在剪力墙的设计中既要充分发挥它的抗侧能力强的优点，同时也要注意结构刚度的设计，不能盲目加强而忽略了结构的经济性，在结构设计时充分考虑各方因素，做到既经济又实用。

3 高层住宅剪力墙设计要点

作为高层住宅建筑的竖向承重构件，剪力墙的布置应当均匀、对称，以减少墙肢间的轴向压力差异，避免受力不均而致使的基础不均匀沉降；剪力墙的布置还应分散、周边，可以把不同区域方向的剪力墙联结起来，但是联结要拉直和对齐；剪力墙应当从下到上进行布置，以避免刚度突变；剪力墙还要具有一定的抗扭转刚度，可以加强周边剪力墙和外圈梁来调整”三心”，尽量做到”三心”重合。

对于剪力墙的长度要进行科学合理的控制，减少短肢墙和超长墙。短肢剪力墙的延性较差但是构造要求却高，用钢量就会增大，经济性下降，在设计时应尽量避免出现；而超长墙相对来说刚度过大，当地震发生时会承受比其他剪力墙更加强烈的作用力的破坏，首先出现结构整体损坏的短板，进而导致整个结构的崩塌，因此超长墙也不可取。如果出现了剪力墙长度过长的现象，可以通过开洞口的方式将墙体分段，依据均匀设置的原则进行划分，在形式上属于联肢墙。

在剪力墙的选型上要注意优先布置L、T型的剪力墙，尽量避免使用一字墙，一字墙的面外稳定性相对较差，并且高层住宅的剪力墙厚度通常受限较大，如果结构底部的墙肢轴压比较大，在地震时更加容易失稳而使结构遭到破坏，L、T型剪力墙稳定性更好，在做结构设计时应当优先选用。

剪力墙的洞口分布应当以成列的形式，上下对齐，避免出现洞口不均匀排列的现象，规则分布可以保证剪力墙的受力均匀，整体抗压能力稳定，结构安全性更高。另外在剪力墙厚度的设计上，要保证墙体厚度沿结构高度均匀变化，并且不可随意减少结构上部剪力墙的数量，避免造成结构上下刚度突变，给抗震效果带来不利影响。

参考文献：

[1] 冯中伟，刘宜丰.高层剪力墙住宅结构优化设计[J].建筑结构， 2010，40.

[2] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.