框架剪力墙结构中剪力墙设计要点分析

框架剪力墙结构中剪力墙设计要点分析

发表时间：2016-12-19T16:16:25.660Z 来源：《基层建设》2016年28期10月上作者：李兴福

[导读] 高层建筑结构体系根据抗侧力体系的不同可分为框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒中筒结构和多筒结构体系。

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摘要：建筑技术随着城市化进程的日益发展而发展，高层建筑已经成为建筑形式的首选，因为高层建筑具有节约用地、节省投资等诸多优势。高层建筑结构体系根据抗侧力体系的不同可分为框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒中筒结构和多筒结构体系。本文结合笔者设计经验，就框架剪力墙结构中的剪力墙设计要点加以分析。

关键词：框架-剪力墙；结构设计；要点

城市高层建筑的结构设计大多采用框架-剪力墙结构体系，这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成，框架的梁柱为刚接，框架与剪力墙可为刚接，也可为铰接。高层建筑体型日趋复杂，各种不同功能的用房综合在一起，组成形态各异比肩接踵的高层建筑，给结构设计增加了一定的难度，而框架-剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点，比较容易满足建筑物的使用要求。

1、框架-剪力墙结构体系的受力特点

在同一结构单元中，二者通过水平面内刚度无限大的楼板连接在一起，以至于它们不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形，它们在同一楼层的位移必须相等。由于框架与剪力墙共同受力工作，彼此相互作用，这样在框架-剪力墙结构上部剪力墙被框架向后拉，在框架-剪力墙结构下部剪力墙被框架向前推而框架的受力情况正好与此相反。沿竖向剪力墙与框架之间水平力的分配不是一个定值，它随着楼层的改变而改变，水平力在框架与剪力墙之间既不按等效刚度El分配，也不能按抗推刚度D分配，框架-剪力墙结构中，顶部剪力不为零，这是因为顶部剪力墙共同受力，相互之间必然产生荷载；框架-剪力墙结构中，框架的剪力值最大在结构中部，框架底部剪力为零，全部剪力均由剪力墙承担。

2、确定剪力墙的厚度

框架-剪力墙结构体系中，边框柱和边框梁宜作为剪力墙的边缘约束构件。带边框剪力墙的截面厚度在规范中规定分别为：一、二级剪力墙的底部加强部位抗震设计时的厚度不允许小于200mm，且不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时，不宜小于层高或无支长度的1/12；其他情况厚度不允许小于160mm，且不宜小于层高的1/20；无端柱或翼墙时，不宜小于层高或无支长度的1/16。边框梁的高度可取墙厚度的2倍，宜取与墙厚度相同的宽度。一个合理的剪力墙厚度应具有结构安全和经济合理等特点。

3、确定剪力墙的数量

剪力墙的数量由许可位移决定。按高层建筑规范中一般装修材料，框架-剪力墙结构顶点位移与高之比u/H≤1/700，装修要求较高时u/H≤1/850，在满足这个要求的前提下，增减剪力墙的数量。用结构自振周期校核剪力墙的数量是否合理，因为从地震作用本身分析，剪力墙结构刚度小，地震作用小，位移限制能宽松的满足，但这种结构在工程上有可能不合理，结构的自振周期有可能不在合理范围内，结构自振周期的合理范围大致在：Tl=（0.09-0.12）Ns（Ns-楼层数）。依据实际工程中的剪力墙数量作为布置剪力墙数量的参考，用底层结构截面积（包括剪力墙Aw和框架柱截面积Ac）与楼面面积Af之比用式（Aw+Ac）/Ac来估算剪力墙数量，或用剪力墙面积Aw与楼面面积Af之比来估算。

4、确定剪力墙的长度

结构在地震作用下的周期、层间位移角等计算信息相对较容易满足。剪力墙和框架柱各自承担的倾覆弯矩之间比例的控制应当引起足够的注意，对此《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010给出了更加详细划分。由公式L=A/h可以看出在确定了剪力墙的厚度和面积之后，剪力墙的长度通过计算就可知了。为避免剪力墙的脆性的剪切破坏，要求剪力墙应具有延性，细高的墙体和高宽比设计成大于2的墙体此较容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，此时便可以满足此要求。因此，每个墙段高宽比大于2，也就是设计时应达到的要求；如果因为墙的长度很长无法满足高宽比的要求时，开设洞口将长墙分成均匀的、长度较小的联墙肢或整体墙。因为开洞而形成的洞口连梁最好采用约束弯矩较小的连梁进行连接，这样一来，近似认为墙段本身分成了独立的墙段。另外，位于连梁两端的剪力墙一般较长，这样连梁与其所连接的剪力墙就形成了一个整体刚度较大、吸收水平地震力能力较强的墙段。此时，连梁作为剪力墙之间的传力构件就很容易出现剪切超限，洞口在这时应可以考虑开得大一些，从而位于连梁两侧的剪力墙的长度就可以相应减小，由于受弯而引起的裂缝宽度此时也变得较小，那么位于剪力墙体内的配筋就能够充分的起到作用。

5、剪力墙的布置

剪力墙的布置一般原则是分散、对称、均匀、周边。①分散。地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上，是剪力墙布置时应加以考虑的。墙体内力很大，截面设计困难是因为地震力集中作用到一两片刚度很大的剪力墙上，那么其余较弱剪力墙和框架在主要受力剪力墙破坏后就很难承受该剪力墙传来的地震力，这时便会导致破坏。②对称。对称应是剪力墙布置时应尽量做到的，如果在平面上不容易做到对称布置时，为使结构的质量中心与抗推刚度中心尽量相接近，可以通过调整剪力墙的厚度和长度并缩小偏心距，结构的扭转振动在地震时可以得到减弱。③均匀。在建筑平面的各个区段应比较均匀地布置同方向的各片剪力墙，在某一区段内无集中现象，从而防止因过大的楼盖水平变形而引起地震力在各个框架间的不均匀分配。④周边。为获得结构抗力的最大水平力臂，剪力墙应尽可能沿结构平面的周边布置，使整个结构的抗扭转能力得以充分提高。

剪力墙对于L形、矩形、T形、口形等平面布置应沿纵横两个方向，而径向和环向布置则应用于圆形和弧形平面时。平面形状凹凸较大时，剪力墙宜在凸出部位的端部附近布置。在建筑物的周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化和竖向荷载较大等部位宜均匀布置剪力墙。纵横剪力墙一般以L形、T形和槽形等形式组成。剪力墙不宜在防震缝和伸缩缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布置在端部，而应布置在中部。剪力墙布置的位置应设在平面形状变化处：角隅、端角、凹角部位往往是应力集中处，设置剪力墙给予加强很有必要，在高层建筑的楼梯间、电梯间、管道井处，楼面开洞严重地削弱楼板刚度，对保证框架与剪力墙协同工作极为不利。

双肢墙或多肢墙是在一个独立结构单元内、同一方向的各片剪力墙设置的主要形式，为避免不稳定的侧移机构在同方向所有剪力墙同时在底部屈服而形成的。剪力墙在每一独立结构单元的纵向和横向应沿两条以上并且相距较远的轴线进行设置，尽可能大的抗扭转能力就会在结构内部产生。剪力墙的间距，对现浇钢筋混凝土楼盖L/B=2～4为宜，对装配整体式钢筋混凝土楼盖L/B=1～2.5为宜，原则是建筑物愈高，抗震设防裂度愈高取值愈小。剪力墙应沿建筑物全高设置，不得沿高度有突变，剪力墙应落地，剪力墙应在两个主轴方向组合布置