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摘要：剪力墙结构相对于框架结构，更广泛应用于高层住宅建筑中，由于其刚度大，能有效地减少侧移且具有较好的抗震性能，另外，室内主体结构简洁，很少露梁、露柱，外形美观，便于室内布置，使用功能更好，为住户的自行改造增大了灵活性，加大了使用面积，因而广泛受到建筑师和业主的欢迎。但由于剪力墙受力特点所致、以及剪力墙平面布置差异带来的经济问题，剪力墙结构在设计时要注意许多问题。本文针对在设计过程中考虑的诸多因素，对剪力墙结构的设计问题进行探讨和研究，从而使结构设计人员在以后的高层建筑剪力墙结构设计时能做到既安全又经济。
关键词：高层剪力墙；结构设计；问题措施
Abstract: the shear wall structure, relative to the frame structure is more widely used in high-rise residential buildings, because of its big stiffness, can effectively reduce the lateral and has good seismic performance, in addition, the indoor and the main structure is simple and little dew beam, column, beautiful appearance, easy to indoor layout, function better, for increased flexibility reformed, enlarged the usable floor area, and thus widely welcomed by the architect and owner. But due to the shear wall caused by mechanical characteristics, and shear wall layout difference of the economic problem, shear wall structure when the design should pay attention to many problems. This article in view of the factors considered in the design process, design of shear wall structure is carries on the discussion and research, so that the structure design in the future when the high-rise shear wall structure design can make it to be both safe and economic.
Key words: high-rise shear wall; Structure design; Problem of measures
中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、剪力墙的基本概念
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了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，其受水平力作用时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须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。
二、剪力墙的分类
剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同，影响其受力特点、内力分布和变形状态，按其开洞的情况，可分为整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。
1整截面墙：剪力墙不开洞或洞口面积小于总面积的16%，且洞口长边尺寸均小于洞口净距及洞口至墙边的净距。受力性能类似整体的悬臂构件，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。
2整体小开洞墙：当剪力墙洞口上下对齐，成列布置，洞口稍大，形成明确的墙肢和连梁，墙肢和连梁刚度较均匀。受力性能也可按整体悬臂构件考虑，并应考虑墙肢的局部弯矩，水平荷载引起的整体弯矩的85%以上由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡，局部弯矩不超过整体弯矩的15%。
3联肢墙：当剪力墙的洞口沿竖向成列布置，洞口面积超过墙体总面积的16%，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。
三、 剪力墙结构的优缺点
剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省。在居住性建筑中，居室和客房均为小间，分隔墙较多，采用现浇剪力墙结构，可以将承重墙与隔墙合二为一，相对来说比较经济。另外，采用现浇剪力墙结构，室内较框架结构简洁，没有露梁和露柱现象，外形美观，便于室内布置。但是，也有一些缺点：
（1）剪力墙结构的抗侧刚度大，引起较大地震反应，使得上部结构和基础费用增加；
（2）由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，造成浪费；（3）剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；
（4）剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率较低，使得结构延性较差。
建筑物刚度的大小，历来争议较多。但对于钢筋混凝土结构，通过历次震害表明，刚度较大的结构一般震害较轻。但是，结构刚度不能无限制增大，因为一般情况下，建筑物刚度越大，工程费用越高，对高层建筑，控制这个“度”主要有两个因素，一个是控制结构的水平位移，首先应使结构水平位移满足JGJ3- 2002《高层建筑混凝土结构技术规程》中有关结构水平位移的限值；另一个是控制地震力，因为在地震力计算值偏小的情况下，有时也会出现结构顶点位移满足要求、构件为构造配筋的“安全”假象。所以，只有底部剪力在合理范围内，检查位移、内力及配筋情况才有意义，剪力墙结构的底部剪力系数a＝底部剪力／结构自重，并控制在表1所列范围内较合适。
在高层剪力墙结构设计中，既要发挥它具有足够的抗侧能力等优点，又要改进其工程费用较高的缺点，成为这一个关键问题。为此，根据建筑物的高度不同，提出如下几种改进的现浇剪力墙结构形式，并通过控制结构水平位移和底部剪力系數这两个因素来满足设计要求。
四、优化高层建筑剪力墙结构设计的措施
1避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大
《高层建筑混凝土结构技术规程》(简称《高规》)中规定：“矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的5倍。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙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。
2注重转换层结构设计
高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部(中部)和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力，设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。
3优化连梁设计
根据《高规》在连梁设计方面的规定，对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法：（1）在内力计算前将连梁刚度进行折减；（2）在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。同时要注重连梁的铰接处理。
4底部加强部位的设计
在剪力墙设计时，一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下1层，此时地下1层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下1层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件。
5剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计
振动台模拟地震试验结果表明建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。
五、结语
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，對建筑剪力墙结构设计也提出了更高的要求。打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者，这则需要工程界进行共同的努力，推广更好的概念设计思想的一种有效办法
关键词：高层剪力墙；结构设计；问题措施
Abstract: the shear wall structure, relative to the frame structure is more widely used in high-rise residential buildings, because of its big stiffness, can effectively reduce the lateral and has good seismic performance, in addition, the indoor and the main structure is simple and little dew beam, column, beautiful appearance, easy to indoor layout, function better, for increased flexibility reformed, enlarged the usable floor area, and thus widely welcomed by the architect and owner. But due to the shear wall caused by mechanical characteristics, and shear wall layout difference of the economic problem, shear wall structure when the design should pay attention to many problems. This article in view of the factors considered in the design process, design of shear wall structure is carries on the discussion and research, so that the structure design in the future when the high-rise shear wall structure design can make it to be both safe and economic.
Key words: high-rise shear wall; Structure design; Problem of measures
中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、剪力墙的基本概念
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了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，其受水平力作用时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须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。
二、剪力墙的分类
剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同，影响其受力特点、内力分布和变形状态，按其开洞的情况，可分为整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。
1整截面墙：剪力墙不开洞或洞口面积小于总面积的16%，且洞口长边尺寸均小于洞口净距及洞口至墙边的净距。受力性能类似整体的悬臂构件，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。
2整体小开洞墙：当剪力墙洞口上下对齐，成列布置，洞口稍大，形成明确的墙肢和连梁，墙肢和连梁刚度较均匀。受力性能也可按整体悬臂构件考虑，并应考虑墙肢的局部弯矩，水平荷载引起的整体弯矩的85%以上由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡，局部弯矩不超过整体弯矩的15%。
3联肢墙：当剪力墙的洞口沿竖向成列布置，洞口面积超过墙体总面积的16%，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。
三、 剪力墙结构的优缺点
剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省。在居住性建筑中，居室和客房均为小间，分隔墙较多，采用现浇剪力墙结构，可以将承重墙与隔墙合二为一，相对来说比较经济。另外，采用现浇剪力墙结构，室内较框架结构简洁，没有露梁和露柱现象，外形美观，便于室内布置。但是，也有一些缺点：
（1）剪力墙结构的抗侧刚度大，引起较大地震反应，使得上部结构和基础费用增加；
（2）由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，造成浪费；（3）剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；
（4）剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率较低，使得结构延性较差。
建筑物刚度的大小，历来争议较多。但对于钢筋混凝土结构，通过历次震害表明，刚度较大的结构一般震害较轻。但是，结构刚度不能无限制增大，因为一般情况下，建筑物刚度越大，工程费用越高，对高层建筑，控制这个“度”主要有两个因素，一个是控制结构的水平位移，首先应使结构水平位移满足JGJ3- 2002《高层建筑混凝土结构技术规程》中有关结构水平位移的限值；另一个是控制地震力，因为在地震力计算值偏小的情况下，有时也会出现结构顶点位移满足要求、构件为构造配筋的“安全”假象。所以，只有底部剪力在合理范围内，检查位移、内力及配筋情况才有意义，剪力墙结构的底部剪力系数a＝底部剪力／结构自重，并控制在表1所列范围内较合适。
在高层剪力墙结构设计中，既要发挥它具有足够的抗侧能力等优点，又要改进其工程费用较高的缺点，成为这一个关键问题。为此，根据建筑物的高度不同，提出如下几种改进的现浇剪力墙结构形式，并通过控制结构水平位移和底部剪力系數这两个因素来满足设计要求。
四、优化高层建筑剪力墙结构设计的措施
1避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大
《高层建筑混凝土结构技术规程》(简称《高规》)中规定：“矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的5倍。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙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。
2注重转换层结构设计
高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部(中部)和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力，设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。
3优化连梁设计
根据《高规》在连梁设计方面的规定，对于连梁非抗震及抗震设计时高跨比大于2.5及小于2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法：（1）在内力计算前将连梁刚度进行折减；（2）在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。同时要注重连梁的铰接处理。
4底部加强部位的设计
在剪力墙设计时，一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下1层，此时地下1层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下1层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件。
5剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计
振动台模拟地震试验结果表明建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。
五、结语
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，對建筑剪力墙结构设计也提出了更高的要求。打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者，这则需要工程界进行共同的努力，推广更好的概念设计思想的一种有效办法