剪力墙结构设计

浅谈剪力墙结构设计
摘要: 本文从案例中，分析高层建筑剪力墙结构体系的优点、剪力墙结构布置、剪力墙结构的计算分析、剪力墙结构设计应注意的问题及剪力墙结构的构造要求进行阐述。

关键字：高层剪力墙结构设计
abstract: this article from the case, analysis of high building shear wall structure system has the advantages of shear wall structure, layout, shear wall structure calculation and analysis of shear wall structure design should pay attention to the problems and shear wall structure requirements are described in detail.
keyword：high building shear wall structure design
一、剪力墙的优点
剪力墙既保留了异形柱不凸出墙面的优点，又克服了异形柱框架抗震性能不理想等缺点。

由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供应紧张，高层住宅的建造成为众多开发商的首选。

这种结构体系通常都是利用中部的竖向通道区设置较多的剪力墙，共同组成一个较为完整的或基本完整的筒体。

也可以将由竖向交通区所构成的混凝土筒设置在结构外边，而靠中间的楼梯间可用混凝土剪力墙构成一个相对完整的半开放的筒体。

这一部分的结构布置与建筑平面的划分较容易达成一致，易于实现；至于外围部分，可以根据建筑的要求而定。

因为住宅建筑对平面的划分要求比一般的商业建筑、办公建筑以及旅馆建筑要求更高，房间的顶板不宜有梁，墙角不宜有柱子突出，所以住宅建筑通常都在核心筒的外围布置混凝土剪力墙。

建筑需要开较大的门窗洞口时局部采用短肢剪力墙，可以较好地满足住宅建筑的采光与通风要求而不改变剪力墙结构体系。

剪力墙在建筑上起到对建筑平面的分隔作用，在结构上既可以承受竖向荷载，又可以抵抗水平地震的破坏力。

二、工程案例
本文所提案例为绍兴·金昌·柯桥湖东路住宅小区小区的a1#
楼高层，嵌固在大底盘地下室顶板。

上部结构体系采用剪力墙结构，框架抗震等级为四级，剪力墙抗震等级为四级。

三、自然条件：
1、基本风压： 0.45kn/㎡；
2、基本雪压： 0.45kn/㎡；
3、地面粗造度类别：b类；
抗震设防烈度为6度，地震动峰值加速度基本值为0.05g（g为重力加速度），设计地震分组为第一组，场地为软弱场地土，建筑场地类别为iii类，特征周期为0.45秒。

四、设计要求：
1、结构设计使用年限：五十年；
2、建筑抗震设防类别：丙类建筑；
3、建筑结构安全等级：二级；
4、地基基础设计等级：乙级；
5、地下工程防水等级：二级；
6、地下防水混凝土设计抗渗等级：s6级
7、结构抗震等级：
1）上部高层采用钢筋混凝土剪力墙结构，框架抗震等级为四级，剪力墙抗震等级为四级；
2)地下室框架、剪力墙抗震等级均为抗震等级四级。

8、砌体施工质量控制等级： b级；
9、钢筋砼结构裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度对于一类环境类别（如上部结构）不大于0.3㎜、二类环境（如地下室、水池）为0.2㎜。

10、主要楼面活荷载标准值：
其它功能用房使用荷载均按规范取值，若有特殊或重大设备按实重另加。

五、结构设计：
1、基础: 各主楼桩基采用钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为c30，静载试桩桩身混凝土强度等级为c35, (10-3a)层中风化凝灰岩或(10-3b)层中风化泥质粉砂岩，桩尖进入持力层深度不小于
0.5m。

2、上部结构体系
采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，框架抗震等级为四级，剪力
墙抗震等级为四级。

3、楼、屋面结构布置
均采用现浇梁板式钢筋混凝土楼面板和屋面板。

4、结构分析
本工程结构计算采用中国建筑科学研究院编制的pkpm系列“多、高层建筑结构空间有限元分析程序satwe（2009.02版）计算软件分析计算。

5、材料
(1)钢筋： hpb235 fy=210n/mm2；hrb335 fy=300n/mm2；
hpb400 fy=360n/mm2。

(2)钢板、型钢：q235b
(3)混凝土：构造柱、过梁、压顶均采用c20，基础垫层为c15,其余按图纸。

(4)填充墙和砂浆：
地面标高以下:采用mu15砼实心砖，m10水泥砂浆砌筑；
标高±0.000以上:采用240mm或200mm厚煤矸石空心砌块（容重≤9kn/㎡），专用砂浆砌筑，卫生间墙均采用mu10砼实心砖（容重≤18kn/㎡），m5水泥砂浆砌筑。

六、主要计算结果
1、结构自振周期
2、结构在地震及风荷载作用下的位移
七、设计要点
1、《高规》对剪力墙截面厚度的规定：按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/25，不应小于160mm。

分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可采用160mm。

2、一般剪力墙分布钢筋的配置：竖向和水平分布筋的配筋率，
一、二、三级抗震设计时不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时不应小于0.20。

竖向和水平分布钢筋间距均不应大于300mm，分布钢筋直径均不应小于8mm。

3、一般与短肢剪力墙的判别：
（1）短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比hw/bw为5~8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比hw/bw大于8的剪力墙。

（2）下列情况的剪力墙不认为是短肢剪力墙：
a)对于两肢以上的多肢墙(t,z,十字形墙肢)，不论其墙肢的长短，均可不判定为短肢墙。

b)对于l形墙肢，当满足两肢长度均不小于5倍墙厚时，可不判定为短肢墙。

c)当墙肢截面高厚比虽为5~8，但墙肢两侧均与较强连梁（连梁的跨高比≤2.5）时，可不判定为短肢墙。

4、短肢剪力墙较多的剪力墙结构的判别标准：符合下列两款中的任一款，则可判定为短肢剪力墙较多的剪力墙结构。

（1）短肢剪力墙承受的倾覆力矩占结构底部总倾覆力矩的40%~50%；
（2）高层剪力墙结构，短肢剪力墙负荷的楼面面积与全部楼面面积的比值大于1/2时；多层剪力墙结构，短肢剪力墙负荷的楼面面积与全部楼面面积的比值大于2/3时。

5、高层一般剪力墙结构中，如果存在少量的短肢剪力墙，不必遵守《高规》第7.1.2条的规定。

6、剪力墙边缘构件钢筋配置原则：一个暗柱可采用两种直径的纵筋；纵筋间距不大于300mm；一个暗柱可采用两种直径的箍筋，但箍筋间距应相同；当为端柱且承受集中荷载时，纵筋间距、箍筋直径和间距应满足柱的相应要求；约束边缘构件的箍筋，每个方向拉筋的肢数不应多于该方向总肢数的1/3；构造边缘构件除外箍采用封闭箍外，其他箍筋采用拉筋。

7、控制剪力墙平面外弯矩：
（1）不宜布置与一字形短肢剪力墙单侧相交的楼面梁；
（2）与无壁柱或翼墙的剪力墙相交的楼面梁截面高度，不宜大于剪力墙厚度的2倍；
（3）与无壁柱或翼墙的剪力墙单侧相交的楼面梁连接，采取梁端铰接或半刚接，相应加大梁跨中弯矩。

八、结语
综合上述案例可知, 关于高层住宅建筑中剪力墙结构的设计,文章主要从剪力墙结构的布置、计算分析、构造要求及结构设计中应注意的问题这几个方面进行论述。

目前,随着高层建筑的逐渐发展和人们对住宅使用功能要求的逐步提高,由于剪力墙结构可以灵活布置,可落地也可带转换层,房间内不会出现露梁露柱的现象,且剪力墙的抗震性能也优于异形柱剪力墙结构,因此在设计中根据其受力的特点,充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后,并选择合理的布置形式,正确掌握计算分析方法,它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。

参考文献:
[1]《建筑抗震设防分类标准》（gb50223-2004）
[2]《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）
[3]《建筑地基基础设计规范》（db 33/1001-2003）
[4]《绍兴市混凝土多孔砖建筑技术暂行规定》（绍市建管[2003]47号）
作者简介：
冯玉瑛(1977—），女，一级注册结构工程师，本科，建筑工程专业
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。