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摘要：随着我国经济的不断发展和城镇化的不断推进，建筑行业得到了快速发展，城市中的多高层建筑逐渐增多。如何保证建筑的安全性是首要问题，而剪力墙设计因是纵横承受荷载而使其具有较强的抗震性和抗风性，承受力也较强的特点而被多高层建筑广泛采用。本文在此对剪力墙结构设计的几个关键点设计做了详细的分析。
关键词：剪力墙；结构；关键点；设计
一、剪力墙的分类及高层剪力墙结构的受力特点分析
1、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。
2、高层剪力墙结构的受力特点
（1）轴向变形。高层建筑的竖向荷载一般较大，会在竖向构件中引起相当大的轴向变形从而影响连续梁弯矩，同时还会影响预制构件的下料长度。因此必须考虑轴向变形计算值，对下料长度作相应调整。
（2）水平荷载。对于一定高度范围的高层建筑而言，竖向荷载基本固定不变，而包括风荷载与地震作用的水平荷载的数值，则会随结构动力特性的区别而发生较大范围的变化。
（3）侧移的控制。结构侧移是高层建筑结构设计的关键。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形会随着建筑高度的升高而迅速增大。基于这一原因，水平荷载作用下的侧移必须严格控制在一定范围内。
（4）结构延性。高层建筑比矮层楼房的结构更柔和，因此遇到地震等剧烈震动时所发生的形变会更大。为保证建筑在塑性变形阶段中仍能具备强变形能力，必须在结构设计上采取相应措施以保证结构的延性。
二、剪力墙结构分析模型及方法
剪力墙为多高层结构的主要抗侧力构件，承受水平荷载作用和承受竖向荷载作用。从几何方面讲，剪力墙分为开洞剪力墙和不开洞剪力墙两种类型。通用墙元用于模拟高层结构中剪力墙的，对尺寸较大剪力墙或带洞口剪力墙，按照子结构基本思想，由程序对其进行细分，形成小壳元，然后计算小壳元的刚度矩阵并叠加，最后用靜力凝聚原理将内部自由度消去，将其刚度凝聚到边界节点上，从而保证墙元的精度和有限的出口自由度。
三、剪力墙结构的几个关键点设计
高层建筑最主要的受力构件包括剪力墙、框架柱、梁和楼板。而剪力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载。当高层建筑的受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成所谓的剪力墙体系。在这个体系中单片剪力墙承受了全部的竖向荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，作为一种良好的结构体系，其位移曲线呈弯曲型，它的强度、刚度都较高且具备一定延展性，传力直接均匀，有较好的整体性和较强的抗倒塌能力。其在高层建筑中的应用范围大于单纯框架或者框架—剪力墙混合体系。剪力墙建筑结构的设计应从以下几个方面考虑：
1、剪力墙中大墙肢处理
剪力墙的结构必须具备延展性，对于呈细高状的剪力墙（高宽比大于2）很容易被设计成弯曲破坏的延性剪力墙，这样一来可以避免受到脆性的剪切破坏。在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。这种方式主要适用于地下室外墙等不易实施开洞的项目。
2、约束边缘构件箍筋的设置
约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”，对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求，设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定，因此，目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。
3、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.
4、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，进行地震作用效应计算时折减系数不宜小于0.5；非地震效应计算时应慎重折减，必要时可不进行连梁刚度折减。（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。
5、底部加强部位的设计
在剪力墙结构设计时，根据《高规》规定：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1/10和底部两层高度二者的较大值；部分框支剪力墙结构的底部加强部位高度，应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。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层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件.
四、结束语
在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计疗面满足高层建筑的样式创新、功能需求以及结构安全性，追求新的结构形式和更加合理的模型将是未来的目标和方向。因此我们在实际的设计过程中应注重结构设计的每个细节，从而使高层建筑更具合理性和安全性。
关键词：剪力墙；结构；关键点；设计
一、剪力墙的分类及高层剪力墙结构的受力特点分析
1、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。
2、高层剪力墙结构的受力特点
（1）轴向变形。高层建筑的竖向荷载一般较大，会在竖向构件中引起相当大的轴向变形从而影响连续梁弯矩，同时还会影响预制构件的下料长度。因此必须考虑轴向变形计算值，对下料长度作相应调整。
（2）水平荷载。对于一定高度范围的高层建筑而言，竖向荷载基本固定不变，而包括风荷载与地震作用的水平荷载的数值，则会随结构动力特性的区别而发生较大范围的变化。
（3）侧移的控制。结构侧移是高层建筑结构设计的关键。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形会随着建筑高度的升高而迅速增大。基于这一原因，水平荷载作用下的侧移必须严格控制在一定范围内。
（4）结构延性。高层建筑比矮层楼房的结构更柔和，因此遇到地震等剧烈震动时所发生的形变会更大。为保证建筑在塑性变形阶段中仍能具备强变形能力，必须在结构设计上采取相应措施以保证结构的延性。
二、剪力墙结构分析模型及方法
剪力墙为多高层结构的主要抗侧力构件，承受水平荷载作用和承受竖向荷载作用。从几何方面讲，剪力墙分为开洞剪力墙和不开洞剪力墙两种类型。通用墙元用于模拟高层结构中剪力墙的，对尺寸较大剪力墙或带洞口剪力墙，按照子结构基本思想，由程序对其进行细分，形成小壳元，然后计算小壳元的刚度矩阵并叠加，最后用靜力凝聚原理将内部自由度消去，将其刚度凝聚到边界节点上，从而保证墙元的精度和有限的出口自由度。
三、剪力墙结构的几个关键点设计
高层建筑最主要的受力构件包括剪力墙、框架柱、梁和楼板。而剪力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它在建筑中承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载。当高层建筑的受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成所谓的剪力墙体系。在这个体系中单片剪力墙承受了全部的竖向荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，作为一种良好的结构体系，其位移曲线呈弯曲型，它的强度、刚度都较高且具备一定延展性，传力直接均匀，有较好的整体性和较强的抗倒塌能力。其在高层建筑中的应用范围大于单纯框架或者框架—剪力墙混合体系。剪力墙建筑结构的设计应从以下几个方面考虑：
1、剪力墙中大墙肢处理
剪力墙的结构必须具备延展性，对于呈细高状的剪力墙（高宽比大于2）很容易被设计成弯曲破坏的延性剪力墙，这样一来可以避免受到脆性的剪切破坏。在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。这种方式主要适用于地下室外墙等不易实施开洞的项目。
2、约束边缘构件箍筋的设置
约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”，对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求，设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定，因此，目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。
3、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.
4、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，进行地震作用效应计算时折减系数不宜小于0.5；非地震效应计算时应慎重折减，必要时可不进行连梁刚度折减。（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。
5、底部加强部位的设计
在剪力墙结构设计时，根据《高规》规定：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1/10和底部两层高度二者的较大值；部分框支剪力墙结构的底部加强部位高度，应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。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层，并应按规范要求在地下1层设置约束边缘构件.
四、结束语
在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计疗面满足高层建筑的样式创新、功能需求以及结构安全性，追求新的结构形式和更加合理的模型将是未来的目标和方向。因此我们在实际的设计过程中应注重结构设计的每个细节，从而使高层建筑更具合理性和安全性。