高层建筑剪力墙结构墙体布置方法研究

（北京三磊建筑设计有限公司，北京 100029）

0 引言

我国是人口大国，长年以来人口总量一直呈现出上涨趋势，这导致我国在近些年出现了土地资源不足的现象，这种现象说明地面空间已经不满足国民居住需求，必须转换思维开发新的居住空间，这就催生出高层建筑。高层建筑的出现确实满足了人们的居住需求，但同样也带来了一些问题，其中高层建筑易受地震影响就是较具代表性的问题。面对该问题，经过多年研究剪力墙结构应运而出，逐渐成为了高层建筑架构设计中的核心环节，直接与建筑地震安全关联，即剪力墙结构的墙体布置成果对剪力墙的性能有直接影响，如果墙体布置成果存在缺陷，或不满足基本要求，就会导致剪力墙性能下降，因此高层建筑的风险并不能得到有效控制，例如在地震中因为高层建筑剪力墙性能弱，所以建筑高层结构会在短时间内被破坏，甚至有可能倒塌，在这种情况下高层住户就不能及时撤离，可见剪力墙性能对高层建筑安全有直接影响，在这种情况下如何合理布置剪力墙墙体结构就成为了一项值得关注的事项，因此有必要针对该事项展开研究。

1 剪力墙墙体布置基本原则

1.1 双向布置原则

高层建筑的抗震能力取决于建筑空间结构的稳定性，而空间结构稳定性取决于建筑的刚度、承载能力，因此要提高高层建筑抗震能力，就要提升建筑的刚度、承载能力，这一点应当在剪力墙墙体布置中体现。在剪力墙墙体布置中为了起到提高刚度、承载能力的作用，施工人员应当遵从双向布置原则来布置墙体，即双向布置原则下，剪力墙能够有效加强建筑两个方向的侧刚度，这种侧刚度在建筑受到震动力时会给对方提供支撑，因此有利于建筑抗震能力，同时在良好的支撑下，建筑墙体的承载能力也会增长，进一步提高建筑抗震能力[1]。

1.2 纵向均匀布置原则

剪力墙侧刚度固然是建筑抗震能力的决定性因素，但侧刚度在墙体布置或后续施工中可能会发生变化，这种变化对建筑抗震能力有不利影响。而为了消除侧刚度变化造成的不利影响，在剪力墙墙体布置中还要遵从纵向均匀布置原则，该原则下建筑自上而下的连续性会增强，使得剪力墙纵向抗侧性能提升，该性能的提升就能抵消侧刚度变化不利影响[2]。

1.3 洞口相关原则

剪力墙洞口的设计与布置对剪力墙性能也有很大影响，因此在墙体布置中要予以重视。关于剪力墙洞口设计与布置的原则有：其一，要遵从力学原理进行洞口设计，设计中必须对个体洞口的规范性、洞口之间的整体性进行检验，不可随意、盲目的设计洞口规格与布置方案，尽可能采用最优方式展开洞口设计，同时无论洞口设计如何，设计成果不能对墙肢与梁的关系造成不利影响[3]；其二，在洞口设计中应当采用有限元方法对剪力墙进行检测计算，通过计算可知洞口设计下剪力墙内力、位移情况，了解剪力墙受力机理，若发现受力异常，就要对该墙体上的洞口进行排查，找出所有不规范洞口，随后进行改正[4]；其三，在剪力墙墙体开洞中一定要尊重误差最小化原则来施工，即开洞要依照设计要求进行，过程中开洞施工人员必须尽可能消除实际洞口与设计之间的误差，误差值至少不能超过最大允许值，否则就必须重新返工[5]。

1.4 墙肢比例优化原则

剪力墙墙肢的高、宽比例对剪力墙的抗震能力同样有直接影响，因此为了最大限度的提高剪力墙抗震能力，在墙体设计与布置中应当遵从比例优化原则，尽可能的优化墙肢高、宽比例。着眼于剪力墙抗震能力，墙肢高、宽比例优化应当先从地震运动强度、频率角度上出发，后对墙肢高、宽比例进行设计，尽可能保障比例在2 以上，这样剪力墙抗震能力就得到保障，依照该比例设计方案进行墙体布置即可[6]。另外，在墙肢高、宽比例优化设计与布置中，一定要先掌握建筑所在区域的地震烈度等级，依照抗震能力等级必须比所在地地震烈度等级高一级的规范要求设计比例，这也是墙肢比例优化原则的一大要求。

2 剪力墙墙体布置方法

2.2 做好转换层结构设计

为了保障剪力墙能够对高层建筑提供全面支撑，在剪力墙布置设计阶段，设计人员必须重点关注剪力墙上下转换层结构设计环节，做好该结构设计对剪力墙墙体布置成果有重大影响。在上下转换层结构设计中，设计人员要着重考虑转换结构的安装问题，该问题在不同情况下要采用不同的布置方式来解决，文中主要列举两个常见情况：（1）假设转换层结构比较繁琐，且属于高位转换底部空间时，要尽可能的将转换结构紧密安置，均匀分配到各个结构组成板块中，保障转换结构相互作用；（2）假设转换层处于高位转换状态，设计中就要对剪力墙本身的质量与刚度进行调整，保保障转换层上下刚度一致。总体而言，在转换层设计中设计人员要依照层间位移角均匀性、转换层水平状态等进行空间分析，了解转换层墙体是否匀称，同时了解转换层内力分布情况，找出其中薄弱位置，通过增加构件配筋的方式来强化薄弱点，这样能对剪力墙性能进行优化[7]。

2.3 优化连梁设计

因为现代剪力墙连梁有很多种设计方式，所以在不同设计方式的差异下，要对剪力墙剪力情况进行分析，再结合要求更改截面配筋情况，不断对连梁设计进行优化。连梁设计优化需要注意三个要点：（1）在剪力墙内力计算之前，必须完成连梁刚度拆减工作；（2）在剪力墙内力计算完成后，要对当前连梁剪力进行精确计算，根据计算结果进行调整，随后完成连梁剪力、弯矩设计[8]；（3）在连梁弯矩设计中要预先了解弯矩设计值下的预防烈度，要保障弯矩设计值预防烈度低于标准预防烈度值一度，只有在这种情况下弯矩设计值才能投入实际使用[9]。

2.4 优化上下部结构

因为现代高层建筑结构复杂，所以剪力墙墙体布置设计中经常会在于刚度突变的难题，即在复杂结构下，剪力墙的受力大小出现差异，这就会导致剪力墙刚度发生突然的变化。为了应对这一变化，在剪力墙墙体布置设计时要着重优化上下结构，具体方法为：（1）降低结构上部的刚度，即在设计过程中最大限度的减少上部剪力墙的数量，使得上部结构满足压轴比要求，随后再缩短墙肢；（2）提升结构下部刚度，保障墙体落地建立满足实际要求，同时在这种设计方案下，必须对剪力墙结构布置的均匀性进行控制，保障剪力墙结构均匀的布置在平面层中。此外，在优化上下部结构时要规避一个误区、注意一个问题，即误区是指上下结构的刚度选择，很多设计人员认为上下结构刚度越大越好，但实际情况中刚度超标会导致剪力墙更容易受地震影响，因此刚度必须合理选择；问题是指上下结构布置时的沉降问题，要解决该问题就要合理设计剪力墙界面尺寸，并对刚度进行严格控制。

3 剪力墙墙体布置的注意事项

3.1 混凝土强度

混凝土作为剪力墙的主要材料，其强度对剪力墙的性能有直接影响，因此混凝土强度是剪力墙布置中需要注意的事项之一。在剪力墙墙体布置设计中一定要依照规范标准去控制混凝土强度，一般情况下建议将混凝土强度控制在C20 以上，但如果剪力墙结构中存在很多较短的墙肢，则混凝土的强度就不能低于C25，否则剪力墙性能会大幅降低。另外，在混凝土强度达标的情况下，设计人员还要注重剪力墙洞口竖向钢筋配筋率，保障配筋率满足标准，这样能保障剪力墙混凝土在承受较大弯力时不容易开裂，且即使开裂也不会轻易出现坍塌等脆性剪拉损坏现象，总体而言能有效提高剪力墙稳定性[10]。

3.2 截面厚度

剪力墙截面厚度对剪力墙性能也有影响，一般情况下要尽可能的降低墙体截面厚度，这能提高剪力墙平面刚度以及稳定性。剪力墙墙体截面厚度一般不建议超过160mm，实际值要参考无肢长度和建筑物层高最低值来计算，并结合地区地震烈度等级确认。在剪力墙截面厚度得到保障的基础上，剪力墙能够作为墙体外平面的支撑，使得建筑外平面的刚度、稳定性也提升，因此合理的截面厚度有利于剪力墙作用充分发挥。

3.3 剪力墙截面承受能力控制

很多剪力墙设计人员在剪力墙布置设计中都不知道如何控制截面承受能力，导致剪力墙性能无法达标。要控制剪力墙截面承受能力，设计人员应当重视洞口设计与钢筋应用：（1）洞口设计，即在开洞设计中必须保障洞口规格不低于标准；（2）钢筋应用必须重视钢筋的直径，一般不得低于12mm，同时必须如果剪力墙中存在钢筋截面切断洞口的现象，就必须对该洞口及周边进行步骤，这样才能对剪力墙截面承受能力进行合理控制，至少不会低于规范标准。

3.4 成本控制

在剪力墙布置设计中要优先考虑墙体整体性能问题，而在墙体整体性能无异常的情况下，就要开始对成本进行控制。一般情况下，剪力墙的成本与施工用材总量有关，因此成本控制就要针对这一点，尽可能拉近实际用材与实际需求之间的差距，例如在剪力墙钢筋应用中，就必须根据设计要求计算最小用材数量，随后依照计算结果购入材料，这样就能提高剪力墙成本精确性。

4 结语

综上，本文对高层建筑剪力墙结构墙体布置方法进行了分析，阐述了墙体布置基本原则、布置方法与注意事项。通过分析了解到，遵从基本原则进行剪力墙墙体布置设计工作，才能保障剪力墙自身性能满足实际要求，并与高层建筑相互贴合，为高层建筑提供强有力的抗震支撑。采用文中墙体布置方法，能够从设计环节出发，全面对剪力墙墙体本身性能、布置后的性能进行控制，充分发挥剪力墙作用。同时根据注意事项，能够保障剪力墙布置设计顺利实施，且具有良好经济效益。