时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘要：本文针对剪力墙设计中的基本原则、结构的平面布置、 剪力墙约束剪力墙结构的厚度和配筋、边缘构件和连梁的设计问题进行了分析。
关键词：剪力墙 建筑结构设计 应用
剪力墙结构刚度大， 整体性好 ，用钢量较省。 在居住性建筑中， 居室和客房均为小开间， 分隔墙较多。 采用现浇剪力墙结构 ，可以将承重墙与分隔墙合二为一 ，相对来说比较经济 。另外 ，室内较框架结构简洁 ，没有露梁、 露柱现象， 外形美观 ，便于室内布置 ，使用功能更好， 且增大了使用面积。 因此受到了开发商和业主的广泛欢迎。 剪力墙由墙肢和连梁两种构件组成， 其结构承载力及刚度都很大， 侧移变形小， 抵抗水平侧移能力强 ，经过合理设计可做成抗震性能很好的延性剪力墙。 无论在非地震区及地震区都很适用。 缺点是由于剪力墙最大间距的限制 ，使建筑平面和使用空间受到一定的局限， 结构的延性一般不如框架结构和框架剪力墙结构体系， 结构自重较大 ，总高度不大时结构材料耗费可能较多。
一、 剪力墙设计中的基本原则
1、剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其肢长与厚度的比值，当比值≤ 3时可按柱设计，当比值在3到5之间时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。 2、剪力墙结构中，墙是一平面构件，它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，其受水平力作用下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需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，墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。 3、剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。 当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外刚度及承载力。 因此应尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全 。4、墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。 当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。 在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计算宽度按以下情况取小值：剪力墙之间的间距;门窗洞口之间的翼缘宽度;墙肢总高度的1/10;剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。
二、墙肢的分类和结构布置
1、墙肢的分类
剪力墙根据墙肢的高厚比分为一般剪力墙和短肢剪力墙。 一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8 的剪力墙， 短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比,5-8 的剪力墙. 剪力墙根据墙面开洞大小的情况， 还可分为整截面墙 、整体小开口墙、 联肢墙和壁式框架。 当剪力墙的墙肢截面高度hw与厚度bw之比小于5 时均称为小墙肢， 其中 当hw/ bw不大于3 时, 宜按框架柱进行截面设计, 轴压比、 剪压比和箍筋体积率按相应抗震等级框架柱。
2、剪力墙的结构布置
多高层建筑应有较好的空间工作性能， 剪力墙结构应双向布置，形成空间结构。 特别是在抗震设防区， 应避免单向布置剪力墙， 并宜使两个方向刚度接近， 剪力墙平面上分布要力求均匀 ，使其刚度中心和建筑物中心尽量接近。 以减小扭转效应。必要时通过改变墙肢长度和连梁高度调整刚心位置 。剪力墙抗侧刚度大， 结构自振周期短 ，所受水平地震作用较大， 对结构不利， 可充分利用剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大的能力 ，尽量减薄纵横墙体的厚度 ，或采用\" 主次结构 \"加大墙体的间距 ，减少墙体数量 ，以降低结构的抗侧移刚度 ，减轻结构重量 ，减少墙体的水平地震剪力和弯矩 。剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大， 而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时， 会造成墙肢平面外弯矩 。当梁高大于 2倍墙厚时， 梁端弯矩对墙平面外的安全不利 ，因此应采取措施 ，以保证剪力墙平面外的安全 ，对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接 ，减少墙肢平面外变矩。
三、剪力墙结构的厚度和配筋问题
剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时可按柱设计，当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。
1、 剪力墙结构的厚度
按抗震规范6.4.1条要求剪力墙底部加强部位墙厚一、 二级抗震等级时不宜 <200mm，且不小于层高的 1/16，其他部位不小于160mm，当墙端头无翼墙或暗柱时不应小于层高的1/12 这些规定对于八度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。 例如5~15层的剪力墙结构，一般墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都<0.2，电算结果墙体往往只需要构造配筋，但只因底部功能要求3.9m 层高，墙厚就得240mm，若业主要求室内视野开阔，不设外纵墙，横墙朝外端头不允许带翼墙或端柱时，当层高 3>5~4.2m 时，则墙厚需要320~350mm，显然不合理。 故像这样的特殊情况的高层建筑应该通过采用概念设计分析，控制墙肢轴压比，进行墙体截面条件、 强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋，保证其整体性连接等措施，使墙厚减小。#p#分页标题#e#
2、 墙体的配筋率
在《 砼规 》11.7.11条文强制规定在一、 二 、三级抗震等级的剪力墙中，竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应<0.25%;部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应<0.3% 这在高层或者较长的剪力墙结构中是合理的，但对于低矮 短小的剪力墙未必适用，设计中当建筑物较高较长或框剪结构时，墙的水平分布筋的配筋宜适当增加，特别在连梁部位或温度、 刚度变化等敏感部位宜适当增加 但对于矮、 短的房屋，其水平筋的配筋率未必减小。
三、 剪力墙的边缘构造
1、结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差;计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性。因此，在矩形墙两端设边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪切滑动，提高抗剪能力 从89规范开始在剪力墙中提出了暗柱、 端柱、 翼墙(柱) 、转角墙(柱)，也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。
2、从2002年开始实施的建筑结构规范，根据结构类型及受力状况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。
抗规 GB50011- 2001(2008版)规定抗震墙结构、 部分框支抗震墙中落地剪力墙当一 、二级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件，但对于一般抗震墙结构(除部分框支墙外)当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。《 抗规 》未明确框架剪力墙结构中的剪力墙需设置约束边缘构件时抗震墙的抗震等。级和轴压比界限值，但根据《 混凝土规范》 ll.7.14条，笔者理解框架剪力墙不受一 、二抗震等级限制，凡底部加强区及其上一层当不满足轴压比限界时则均应设约束边缘构件 。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比，也要复核长墙肢的轴压比。
四、连梁设计
1、连梁的作用
在剪力墙结构中， 连接墙肢与墙肢的梁称为连梁 。在水平荷载作用下， 墙肢发生弯曲变形， 使连梁端部产生转角 ，从而使连梁产生内力 。同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形 ，对墙肢起到一定的约束作用 ，改善墙肢的受力状态。 因此 连梁对于剪力墙结构尤为重要， 在起到连接墙肢作用的同时 ，还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。
2、连梁设计的处理方法
在带连梁的剪力墙设计中， 连梁的跨高比和截面尺寸受到许多因素的影响。 设计不当经常出现连梁承载力超限或连梁截面不符合设计要求的情况， 设计时可从以下方面考虑：
(1)对连梁的刚度进行折减
连梁由于跨高比较小， 与之相连的墙肢刚度大等原因 ，在水平力作用下的内力往往很大， 连梁屈服时表现为梁端出现裂缝 ，刚度减小内力重分布 。因此， 在开始进行结构整体计算时 ，就需对连梁刚度进行折减 。高规中解释说高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析， 但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小， 而承受的弯矩和剪力很大， 配筋设计困难。 因此， 可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下 ，允许其适当开裂( 刚度降低 )而把内力转移到墙体上。通常， 设防裂度低时可少折减一些 (6、7度时可取0.7) ，设防裂度高时可多折减一些(8、9 度时可取0.5). 但折减系数不宜小于0.5, 以保证连梁承受竖向荷载的能力。
(2)增加剪力墙洞口的宽度、 减小连梁高度增加剪力墙洞口的宽度， 即增加连梁跨度 ，减小连梁高度， 其目的是减小连梁刚度 ，同时由于减小了结构的整体刚度， 也就减小了地震作用的影响， 使连梁的承载力有可能不超限增加剪力墙的厚度。
(3)增加剪力墙的厚度 即增加连梁的截面宽度。 其结果一方面由于结构整体刚度加大， 地震作用产生的内力增加 。另一方面连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。由于剪力墙的厚度增加后 ，地震作用所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给剪力墙， 而是小于这个比例， 因此有可能使连梁抗剪承载力不超限。
(4)提高混凝土等级
提高剪力墙的混凝土等级 ，其弹性模量增加的比例远小于混凝土抗剪承载力提高的比例 ，因此也有可能使连梁的抗剪承载力不超限。
参考文献：
[1] 齐楠. 浅议高层建筑剪力墙结构设计[J]. 黑龙江科技信息, 2011,(17)
[2] 吕瑞孝, 姜剑虹. 高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J]. 科技信息, 2011,(19)
[3] 秦艳, 焦维. 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J]. 科技致富向导, 2011,(27)
[4] 袁小玲. 浅谈高层建筑结构设计的要点[J]. 科技信息, 2011,(15)
[5] 王春伟. 高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J]. 黑龙江科技信息, 2011,(23)
[6] 张彦彬. 试析高层建筑工程的转换层结构设计[J]. 黑龙江科技信息, 2011,(16)
[7] 马昭, 叶安华. 高层建筑结构设计——以某高层民用建筑为例[J]. 科技信息, 2011,(22)
