剪力墙优化布置精髓

1 墙肢宜对齐布置，避免错位。

剪力墙构件作为高层剪力墙结构主要的抗侧移构件，进行结构设计时应充分发挥墙肢间的联动效用，尽量减少墙肢独立抵抗水平作用的情况。因此进行结构布置时，同一方向的墙肢宜均匀对齐布置，在平面上形成多道联肢剪力墙协同工作。图 1a 为佛山市某高层住宅的结构平面布置，因建筑方案限制，结构平面 Y 向存在 4 片墙肢刚好错位布置（图中方框部分）的情况。节选该区域并稍微调整墙肢的位置（如图 1b），使得墙肢形成 2 道联肢剪力墙，分别按 JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》E.0.1 条计算调整前后结构 Y 向的等效楼层侧向刚度进行对比。结果表明，调整为联肢剪力墙后，标示区域 Y 向楼层等效侧移刚度由 6.79×10 6 增大到 6.89×10 6 ，增幅约 1.5%，可见结构布置时剪力墙墙肢对齐布置是很有必要的。



2 剪力墙应均匀布置，并适当加强边缘位置的墙肢。

剪力墙作为高层建筑的竖向承重构件，均匀布置是减少墙肢间轴向压力差异，避免因受力不均导致基础不均匀沉降的有效途径。此外，建筑结构在满足承受竖向荷载和结构抗侧移刚度的需要外，还应具有一定的抗扭转刚度。实践经验表明，加强结构平面两个方向边缘部位的抗侧移构件是增强结构抗扭转刚度，减小结构扭转效应最有效的方法。具体设计过程中，结构工程师可通过适当加强周边剪力墙以及外圈梁来调整结构刚度中心与结构平面几何中心以及质量中心的相对位置，尽量做到“三心”重合的理想效果。

分析表明，同一剪力墙布置在不同位置时为整个建筑结构提供的抗侧移刚度相近，但所提供的抗扭转刚度贡献差异较大，且越是远离结构平面中心的墙肢对结构的抗扭转刚度贡献越大。图 2 为某高层剪力墙结构平面布置的 2 种方案，方案 1 的剪力墙沿 X、Y 两方向均匀布置，且在 4 个角部适当增加了剪力墙的截面高度；方案 2 的结构布置也相对均匀，但长墙肢主要集中在结构的平面中心，四周的墙肢相对较短。两方案在地震作用下的层间位移角和考虑偶然偏心的最大位移比见表 1。




可见，两结构方案 Y 向层间位移角相近，表明它们的抗侧移刚度相近，但方案 1 在考虑偶然偏心的地震作用下最大位移比相对方案 2 减小 10.3%，说明其结构扭转效应更小。因此在结构布置时，适当加强结构平面边缘位置的剪力墙，能有效增强结构的抗扭转刚度，降低结构的扭转效应。

3 合理确定墙肢长度，减少短肢墙和超长墙。

短肢剪力墙是指截面宽度不大于 300mm，截面高宽比在 4～8 之间的剪力墙 ［1］ 。由于短肢剪力墙的延性较差，且构造要求高，钢筋用量较大，经济性较差，结构布置时应尽量避免使用短肢剪力墙。

超长墙是指墙肢长度大于 8m 或单片墙肢承受该方向的水平地震剪力大于楼层总剪力 30%的剪力墙。墙肢长度过长，刚度过大，根据“能者多劳”的内力分配原则，该墙肢承受的地震作用力也会相对集中。结构中如果存在超长墙，发生超烈度地震时该部分墙肢将会由于承受巨大的地震力首先破坏，由于其他墙肢的承载力相对较弱，容易造成剪力墙被各个击破的破坏现象，最终导致整个结构发生倒塌。故进行剪力墙结构布置时应尽量使得各墙肢的刚度相近，避免出现超长墙。根据刚度与截面高度 3 次方成正比例关系，截面高度决定了剪力墙刚度，面高度决定了剪力墙刚度，也就是说截面高度对墙肢承受地震力的大小影响很大。选取图 3 的单层结构进行计算分析，图中剪力墙厚度均为 200mm，墙肢 Q 0 长 2.0m，Q 1 、Q 2 的长度分别为 h 1 、h 2 ，在 Y 向地震作用下承受的地震剪力 V j 见表 2。




可见，Y 向共有 6 片墙，墙肢长度 5 片为 2m，1 片为 2.8m，则这片墙承担 30%总剪力；当该墙长 7m 时，将承担总剪力的 63%。

4 优先布置 L 型、T 型墙，少用一字墙。

L 型、T 型等剪力墙因墙肢端部的翼墙起到扶壁作用，稳定性较好，同时剪力墙面外方向的框架梁搭接在翼墙上，钢筋锚固长度容易满足，对框架梁具有较好的锚固作用，故结构设计时宜优先采用。但从节材设计的角度考虑，L 型、T 型等形式的翼墙长度不宜过长，满足相关规范的基本要求即可。一字墙因其面外稳定性较差，且对于住宅类高层剪力墙结构，墙厚往往受限，若结构底部墙肢的轴压比较大或面外单边搭接框架梁，则墙肢在地震作用下容易发生失稳破坏，故设计过程中宜尽量少用一字剪力墙。