浅谈剪力墙结构在建筑结构设计中的应用 段力廷

浅谈剪力墙结构在建筑结构设计中的应用段力廷

发表时间：2019-07-19T16:03:33.147Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：段力廷

[导读] 摘要：当前建筑业发展迅速，剪力墙应用也很普遍，但是在结构设计过程中还存在一些问题，会造成一定的浪费或结构安全性不够。

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摘要：当前建筑业发展迅速，剪力墙应用也很普遍，但是在结构设计过程中还存在一些问题，会造成一定的浪费或结构安全性不够。据此，本文对剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行了分析。

关键词：剪力墙结构；结构设计；优化措施；

1剪力墙墙肢的分类、结构布置及墙肢厚度的选取问题

1.1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为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。

1.2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。

1.3墙肢厚度的选取

高层建筑混凝土结构技术规程，规定了剪力墙的最小厚度，其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。对于住宅建筑，填充墙厚一般为200mm，相应剪力墙厚也取为200mm。住宅层高一般为2.8—3.0m，故墙厚取200mm，除底层加强区的一字形短肢剪力墙外，均能满足规范要求。对于无地下室的高层住宅，因其基础埋深一般在2.5m以上，则底层墙体高度会到5.0m以上，若按层高的1/6确定墙厚，将超过300mm，大于填充墙厚度。为避免出现此种情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量不用一字形剪力墙，而采用L、T、Z、十字形等截面形式，且使翼缘长度大于其厚度的3倍，这样一方面墙体抗震性能更好，另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度的1/16，。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于3.0m，故厚度采用200mm满足构造要求。

2对剪力墙中连梁设计

2.1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。

2.2对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。

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3增加剪力墙的厚度

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。

2.2.4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。 3剪力墙结构设计和计算的优化的措施

3.1剪力墙结构设计方面的优化

3.1.1在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，形成空间结构，抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。

3.1.2剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。应力分布比较规则，又与当前普遍应用的计算简图较为符合，设计结果安全可靠。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，当剪力墙的洞口布置出现错洞，叠合错洞时，墙内配筋应构成框架形式。

3.1.3较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，以避免剪力墙产生脆性的剪切破坏。抗震设计时，应尽量避免在洞口与墙边或在两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度之比小于4的小墙肢。当小墙肢截面的高度小于墙厚的4倍时，应按框架柱设计箍筋按框架柱加密区要求全高加密。

3.1.4剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。

3.2剪力墙结构计算方面的优化

在设计剪力墙结构时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，如剪力墙结构的刚度不宜过大，在满足楼层最大层间位移与层高之比满足规范的基础上，以规范规定的楼层最小剪力系数为目标，使计算结果无限接近规范值。控制好结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的自振周期T1之比；A级高度高层建筑不应大于0.9，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍，剪力墙连梁是否超限；剪力墙底部加强区的轴压比是否满足规范要求。

3.2.1楼层最小剪力系数的调整原则。在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下，尽可能减少剪力墙的布置，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度使楼层最小剪力系数接近（不小于）规范限值，这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入同时降低工程造价。

3.2.2楼层最大层间最大位移与层高之比的调整原则。规范规定在计算多地震作用的楼层最大层间位移时，以楼间弯曲变形为主，计入扭转变形，可不扣除结构整体弯曲变形，因此，对于高层建筑应尽可能扭转变形最小，但又不能仅根据这些层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。

在实际工程设计中，有些设计人员一看到某一方向层间位移不能满足规范要求，就不断地增加该项的侧向刚度，此举虽然可以解决问题，但应该注意此时结构的剪重比，若与规范限制接近则可行，若剪重比已经较大，则不应一味地增加也要学会减小对应一侧的结构刚度，使其剪重比减小，地震作用减小，同样可以达到较好的效果。

参考文献：

[1]朱芳.浅述剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018，（10）：955.