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摘要：近年来，剪力墙结构在小高层住宅设计中得到广泛的应用。通过工程实例，从指标的总体控制、基础设计、剪力墙设计等方面对剪力墙结构设计时需要注意的问题进行了总结和探讨，并对实例工程初步设计的抗震设计进行了分析，为施工图的设计提供了宝贵的意见，为类似工程的设计提供技术支持。关键词：概念设计；剪力墙；小高层；结构设计Abstract: Recent years, the shear wall structure has been widely used in high-rise residential buildings. Through the project example, the indicators of overall control, foundation design, shear wall design should be paid attention to during the design of shear wall structure are summarized and discussed, seismic design and the engineering preliminary design are analyzed, provided valuable advice for the design and construction plans, provide technical support for the design of similar engineering.
Key words: Cconceptual design; shear wall; small high-rise building; structure design
中圖分类号： TU2文献标识码：A文章编号：
工程实例
本工程为上海市一经济适用房项目，根据地质勘查报告及实地调查，地基无不良地质现象存在。结构设计使用年限为50年，结构设计安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，剪力墙结构体系，其抗震等级为三级，多为18层的双塔楼结构。地基基础设计等级为乙级，采用桩筏基础。典型单元的总建筑面积为9867m2，单层面积为522m2，东西向长约60.19m，南北向长约11.1m，地上18层地下1层。下文的剪力墙结构设计探讨以此工程为例展开。
概念设计与总体指标控制
目前的结构设计大部分通过专业软件分析计算，从某种意义上讲，概念设计比分析计算更为重要。高层建筑结构抗震设计中更应重视概念设计，由于高层结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构相应认识的局限性与模糊性、结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果与实际相差较大。概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震的作用，避免出现敏感的薄弱部位导致过早地破坏。
结构平面布置刚度宜均匀，减少扭转
高层建筑的平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂平面，更重要的是结构
平面布置时要尽可能刚度均匀，即结构的刚心与质心尽量接近，减少地震作用下的扭转，扭转对结构的危害很大。减少结构的扭转，一是减少地震作用引起的扭转，二是增加结构抵抗扭转的能力。平面刚度布置均匀，可减少地震作用下的扭转。而影响平面刚度均匀的主要因素是剪力墙的布置。剪力墙集中布置在结构平面的一端或一侧是不利的。为了减少地震作用下的扭转，还要注意平面上质量分布，质量偏心会引起扭转，质量集中在周边会加大扭转。
结构竖向刚度宜均匀，避免薄弱层，减少鞭梢效应
结构宜设计成上下等宽或由下向上向心逐渐减少的体型，更重要的是结构的抗侧刚度应
当沿高度均匀分布，或沿高度向心逐渐减小。各层剪力墙的布置是影响结构竖向刚度是否均匀的主要因素。由于建筑立面有较大的收进或顶部有小面积的凸出房间造成建筑立面体型沿高度变化，或者为了加大建筑空间而顶部减少剪力墙等，都可能使结构顶部少数层刚度突然变小，这可能加剧地震作用下的鞭梢效应，顶部的侧向甩动变形过大也会使结构遭受破坏。
合理的结构计算分析与调整
计算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线，自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。若刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，影响建筑物的使用。笔者建议对于剪力墙小高层住宅μ/H 取1/1000~1/1100即可，周期约为层数的0.06~0.08倍之间。除了总体指标外，根据《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土设计规程》，设计人员还应在试算中注意以下计算结果，并判断结构布置的规则性合理性：
（1）考虑偶然偏心地震力作用下，最大位移楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）与该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值不宜大于1.2，不应大于1.5。
（2）抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6、0.7。
（3）剪力墙开洞形成的跨高比小于5的梁，应按剪力墙结构体系中的连梁进行设计；当跨高比不小于5时，按框架梁进行设计。
如满足上述条件，可视为体型较为规则，一定程度上可减少由于建筑物自身体型不规则而引起的地震作用加大和构造措施的加强，减少材料消耗。
基础设计
地基基础的成功与否关系到建筑物未来使用的寿命，是结构设计重要的环节，同时其设计的合理性也将影响到整个工程的造价，鉴于目前各种地基基础计算软件都是基于种种假定情况下进行的，其计算出的结果更需要设计人员仔细审核与推敲，不可盲目相信计算数值。
本工程中典型的建筑平面为两单元的双拼布置，上部由抗震缝分开，在±0.000则连为一块整板，属于多塔+大底盘结构形式，根据规范要求设计时按地下室顶板作为上部结构的嵌固端，楼板厚度定为180mm，并采用了双向双层配筋，且每层每个方向的配筋率按不小于0.25%设置。根据上海市的《地基基础设计规程》，嵌固端下层结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍，设计中建筑平面在X方向上建筑长度远大于Y方向，因此需将地下室Y方向上的剪力墙进行加长或加厚处理，此时也要注意尽量做到对称处理，且在加大墙厚的同时也要确保不影响井道的净宽，不减小地下室通道的最小宽度，而且地下层增加的剪力墙也可以不参与上部结构侧向刚度的贡献；
由于剪力墙小高层地基考虑埋置深度及嵌固的要求，地下有1层地下室。基础采用500直径的预应力混凝土管桩+700厚筏板基础。如何使两者更好的协同工作，这就要求设计在布置剪力墙也同时关注桩基布置的事宜，按3.5d的间距大致布置地下室剪力墙，尽量做到每颗桩都承受剪力墙传下的荷载，避免了桩基受到水浮力而向上的趋势，降低了底板裂缝产生的可能性。
剪力墙设计
剪力墙布置
剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向的刚重
比接近。在结构布置应避免一字形剪力墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比（墙肢长度与墙厚度比）8倍以下为短墙，大于8倍则为普通墙，这就引起高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙的受力特性截然不同，而配筋亦大相径庭，特别是在PKPM建模过程中结点距离与墙长会有一定的出入，因此笔者建议布置长墙时高厚比能大于9。
剪力墙加强部位
抗震结构中出现塑性铰的部位应作为加强部位。而剪力墙顶层、楼电梯间墙等不宜作为
加强部位，这样做得目的是对塑性铰部位可以有更明确的措施，与由于温度、收缩等需要的加强措施区别；为安全起见，设计剪力墙时将加强部位范围适当扩大，抗震设计时，剪力墙结构底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值。一、二級剪力墙：底部加强部位不应小于200mm，其他部位不应小于160mm。
4.3剪力墙配筋
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ-2010对剪力墙配筋做了不少的调整：
（a）短肢剪力墙除了需满足边缘构件的配筋要求外，其全部竖向钢筋的配筋率也有了新的要求，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。（b）一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于《高规》表7.2.14的规定值时。（c）剪力墙按规范应设置边缘构件，一.二级抗震设计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《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.14条设置构造边缘构件。笔者认为首先要区分剪力墙的受力特性及类别，即：普通剪力墙（长墙），短肢剪力墙，小墙肢来区别对待配筋。对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7﹪，一般部位0.5﹪。对于短肢剪力墙，应按高规第7.2.2条控制配筋率加强区1.2﹪，一般部位1.0﹪；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2﹪，一般部位1.0﹪。
4.4连梁设计
连梁的跨度与高度对剪力墙的侧向刚度影响很大，连梁的强度、延性和耗能能力对剪力墙结构的抗震性能非常重要。在进行设计时应遵循“强墙弱梁、强剪弱弯”的原则，应保证连梁先于墙肢屈服，连梁的抗剪承载力高于其抗弯承载力。在目前进行连梁设计时，可以通过采取加大剪力墙洞口宽度、在结构整体计算时对连梁刚度进行折减、对局部内力过大的楼层连梁内力进行调整等方式降低连梁内力。值得注意的是，为了满足在地震作用下结构层间位移角的要求，应保证结构具有足够的侧向刚度，故连梁的高度也不能过小。
在实际工程中，剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，虽然在计算中队其刚度进行折减，但在地震作用下弯矩、剪力仍很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》 （GB 50011-2010）
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3-2010）
[3] 范重，刘学林，黄彦军. 超高层建筑剪力墙设计与研究的最新进展. 建筑结构,2011,4. Vol. 41(4):33-43
[4] 陈刚. 建筑结构设计中得概念设计与结构措施. 广西大学学报(自然科学版),2007,9.Vol.32:299-301
[5] 张黎明，郭惠.钢筋混凝土框架-剪力墙设计中的若干问题.江苏理工大学学报，2000,7.Vol21(4):73-77
Key words: Cconceptual design; shear wall; small high-rise building; structure design
中圖分类号： TU2文献标识码：A文章编号：
工程实例
本工程为上海市一经济适用房项目，根据地质勘查报告及实地调查，地基无不良地质现象存在。结构设计使用年限为50年，结构设计安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，剪力墙结构体系，其抗震等级为三级，多为18层的双塔楼结构。地基基础设计等级为乙级，采用桩筏基础。典型单元的总建筑面积为9867m2，单层面积为522m2，东西向长约60.19m，南北向长约11.1m，地上18层地下1层。下文的剪力墙结构设计探讨以此工程为例展开。
概念设计与总体指标控制
目前的结构设计大部分通过专业软件分析计算，从某种意义上讲，概念设计比分析计算更为重要。高层建筑结构抗震设计中更应重视概念设计，由于高层结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构相应认识的局限性与模糊性、结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果与实际相差较大。概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震的作用，避免出现敏感的薄弱部位导致过早地破坏。
结构平面布置刚度宜均匀，减少扭转
高层建筑的平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂平面，更重要的是结构
平面布置时要尽可能刚度均匀，即结构的刚心与质心尽量接近，减少地震作用下的扭转，扭转对结构的危害很大。减少结构的扭转，一是减少地震作用引起的扭转，二是增加结构抵抗扭转的能力。平面刚度布置均匀，可减少地震作用下的扭转。而影响平面刚度均匀的主要因素是剪力墙的布置。剪力墙集中布置在结构平面的一端或一侧是不利的。为了减少地震作用下的扭转，还要注意平面上质量分布，质量偏心会引起扭转，质量集中在周边会加大扭转。
结构竖向刚度宜均匀，避免薄弱层，减少鞭梢效应
结构宜设计成上下等宽或由下向上向心逐渐减少的体型，更重要的是结构的抗侧刚度应
当沿高度均匀分布，或沿高度向心逐渐减小。各层剪力墙的布置是影响结构竖向刚度是否均匀的主要因素。由于建筑立面有较大的收进或顶部有小面积的凸出房间造成建筑立面体型沿高度变化，或者为了加大建筑空间而顶部减少剪力墙等，都可能使结构顶部少数层刚度突然变小，这可能加剧地震作用下的鞭梢效应，顶部的侧向甩动变形过大也会使结构遭受破坏。
合理的结构计算分析与调整
计算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线，自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。若刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，影响建筑物的使用。笔者建议对于剪力墙小高层住宅μ/H 取1/1000~1/1100即可，周期约为层数的0.06~0.08倍之间。除了总体指标外，根据《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土设计规程》，设计人员还应在试算中注意以下计算结果，并判断结构布置的规则性合理性：
（1）考虑偶然偏心地震力作用下，最大位移楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）与该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值不宜大于1.2，不应大于1.5。
（2）抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6、0.7。
（3）剪力墙开洞形成的跨高比小于5的梁，应按剪力墙结构体系中的连梁进行设计；当跨高比不小于5时，按框架梁进行设计。
如满足上述条件，可视为体型较为规则，一定程度上可减少由于建筑物自身体型不规则而引起的地震作用加大和构造措施的加强，减少材料消耗。
基础设计
地基基础的成功与否关系到建筑物未来使用的寿命，是结构设计重要的环节，同时其设计的合理性也将影响到整个工程的造价，鉴于目前各种地基基础计算软件都是基于种种假定情况下进行的，其计算出的结果更需要设计人员仔细审核与推敲，不可盲目相信计算数值。
本工程中典型的建筑平面为两单元的双拼布置，上部由抗震缝分开，在±0.000则连为一块整板，属于多塔+大底盘结构形式，根据规范要求设计时按地下室顶板作为上部结构的嵌固端，楼板厚度定为180mm，并采用了双向双层配筋，且每层每个方向的配筋率按不小于0.25%设置。根据上海市的《地基基础设计规程》，嵌固端下层结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍，设计中建筑平面在X方向上建筑长度远大于Y方向，因此需将地下室Y方向上的剪力墙进行加长或加厚处理，此时也要注意尽量做到对称处理，且在加大墙厚的同时也要确保不影响井道的净宽，不减小地下室通道的最小宽度，而且地下层增加的剪力墙也可以不参与上部结构侧向刚度的贡献；
由于剪力墙小高层地基考虑埋置深度及嵌固的要求，地下有1层地下室。基础采用500直径的预应力混凝土管桩+700厚筏板基础。如何使两者更好的协同工作，这就要求设计在布置剪力墙也同时关注桩基布置的事宜，按3.5d的间距大致布置地下室剪力墙，尽量做到每颗桩都承受剪力墙传下的荷载，避免了桩基受到水浮力而向上的趋势，降低了底板裂缝产生的可能性。
剪力墙设计
剪力墙布置
剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向的刚重
比接近。在结构布置应避免一字形剪力墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比（墙肢长度与墙厚度比）8倍以下为短墙，大于8倍则为普通墙，这就引起高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙的受力特性截然不同，而配筋亦大相径庭，特别是在PKPM建模过程中结点距离与墙长会有一定的出入，因此笔者建议布置长墙时高厚比能大于9。
剪力墙加强部位
抗震结构中出现塑性铰的部位应作为加强部位。而剪力墙顶层、楼电梯间墙等不宜作为
加强部位，这样做得目的是对塑性铰部位可以有更明确的措施，与由于温度、收缩等需要的加强措施区别；为安全起见，设计剪力墙时将加强部位范围适当扩大，抗震设计时，剪力墙结构底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值。一、二級剪力墙：底部加强部位不应小于200mm，其他部位不应小于160mm。
4.3剪力墙配筋
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ-2010对剪力墙配筋做了不少的调整：
（a）短肢剪力墙除了需满足边缘构件的配筋要求外，其全部竖向钢筋的配筋率也有了新的要求，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。（b）一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于《高规》表7.2.14的规定值时。（c）剪力墙按规范应设置边缘构件，一.二级抗震设计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《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.14条设置构造边缘构件。笔者认为首先要区分剪力墙的受力特性及类别，即：普通剪力墙（长墙），短肢剪力墙，小墙肢来区别对待配筋。对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7﹪，一般部位0.5﹪。对于短肢剪力墙，应按高规第7.2.2条控制配筋率加强区1.2﹪，一般部位1.0﹪；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2﹪，一般部位1.0﹪。
4.4连梁设计
连梁的跨度与高度对剪力墙的侧向刚度影响很大，连梁的强度、延性和耗能能力对剪力墙结构的抗震性能非常重要。在进行设计时应遵循“强墙弱梁、强剪弱弯”的原则，应保证连梁先于墙肢屈服，连梁的抗剪承载力高于其抗弯承载力。在目前进行连梁设计时，可以通过采取加大剪力墙洞口宽度、在结构整体计算时对连梁刚度进行折减、对局部内力过大的楼层连梁内力进行调整等方式降低连梁内力。值得注意的是，为了满足在地震作用下结构层间位移角的要求，应保证结构具有足够的侧向刚度，故连梁的高度也不能过小。
在实际工程中，剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，虽然在计算中队其刚度进行折减，但在地震作用下弯矩、剪力仍很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》 （GB 50011-2010）
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3-2010）
[3] 范重，刘学林，黄彦军. 超高层建筑剪力墙设计与研究的最新进展. 建筑结构,2011,4. Vol. 41(4):33-43
[4] 陈刚. 建筑结构设计中得概念设计与结构措施. 广西大学学报(自然科学版),2007,9.Vol.32:299-301
[5] 张黎明，郭惠.钢筋混凝土框架-剪力墙设计中的若干问题.江苏理工大学学报，2000,7.Vol21(4):73-77