剪力墙的设计方法(2016)

剪力墙的设计方法

一、剪力墙布置及尺寸确定的基本原则

1、结构布置时剪力墙的经济长度

“短肢剪力墙结构”是指“截面高度不大于1600mm，且截面厚度小于300的剪力墙”，具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指，“在规定水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%的剪力墙结构”（省《高规》)。

当结构体系属短肢剪力墙结构时，按省《高规》第7.1.8条规定，结构的最大适用高度有所降低，7度的剪力墙结构限高100米，同时短肢剪力墙在底部所占倾覆力矩的比例不得大于50%。采用短肢剪力墙时，需相应采取加强措施，对实际设计影响较大的有“一、二、三级短肢剪力墙轴压比，在底部加强部位分别不宜大于0.45、0.50、0.55，一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值相应减少0.05；在底部加强部位以上的其他部位不宜大于上述规定值加0.05”、“…其他各层（非底部加强部位）一、二、三级短肢剪力墙的剪力设计值应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1”、“截面高厚比不大于6时，墙全部竖向钢筋配筋率，一、二级和三、四级，底部加强和非底部加强部位分别不宜小于1.2%、1.0%和1.0%、0.8%；截面高厚比大于6时，仍设边缘构件，配筋率分别不宜小于1.6%、1.4%和1.4%、1.2%”等。经与长度为1650mm厚度为200mm的经济长度剪力墙作经济比较，结论为：从考虑混凝土、模板与钢筋的综合造价来看，长度缩短了的短肢剪力墙总是更经济或造价基本相当；仅从钢筋含量的角度来看，则抗震等级分别为一、二或三、四级时，当短肢剪力墙分别不大于1400mm、1200mm、1000mm时，含钢量更低，可称为短肢剪力墙的经济界限长度。故实际设计时，为节省造价，可适当采用短肢剪力墙，一般情况下控制不达到属于较多短肢剪力墙的程度，且其长度小于经济界限长度，在满足高厚比不小于4仍属剪力墙的前提下，厚度相同时长度越短越经济。

根据省《高规》，通常上部标准层剪力墙厚度在200-250mm之间，长度可取1650mm以上则属一般剪力墙；下部楼层层高较大时，可将墙厚取至300mm及

以上，则当截面高厚比大于4则属一般剪力墙。从经济的角度考虑，可按上述原则采用合适比例的短肢剪力墙。

实际设计时，常会遇到是设一片长的剪力墙，还是开洞变为两片剪力墙的选择问题，两片剪力墙由于多了2个暗柱，其含钢量与综合造价未必低于一片长墙，为此需对两者作经济比较，假定两片墙均为1650mm的一般经济长度剪力墙，比较的结果为：（1）从含钢量的角度看，分别位于底部加强区和非加强区的剪力墙，当长墙的长度分别不大于7000mm、12000mm时，其含钢量比开洞分成两片剪力墙更低；（2）从考虑混凝土、钢筋和模板的综合造价来看，分别位于底部加强区和非加强区的剪力墙，当开洞长度不大于1000mm、1200mm时，一片长墙造价低于开洞分成两片经济长度短墙。从上可见，只考虑含钢量与考虑综合造价两者的结论可能相反，但目前市场普遍只重视含钢量指标，故有时可布一片长墙时，不必刻意分成两片经济长度短墙。

2、控制合理的剪力墙折算厚度

某楼层的剪力墙折算厚度我们这里定义为：该楼层的剪力墙混凝土体积与楼层的结构面积之比，这是反映剪力墙结构体系经济性的一个重要指标。当剪力墙折算厚度在一个合适的范围时，只要我们将剪力墙的配筋率在满足规范及受力要求的前提下控制在一个合理的数值，那么我们就可以基本保证该剪力墙结构造价是经济的。根据我司以往设计的若干剪力墙结构工程的统计经验，当建筑为12层左右的小高层时，标准层剪力墙折算厚度控制在90～100mm左右；当为18层左右时，控制在120～130mm左右；当为25层左右时，控制在140～150mm 左右，则该工程会达到一个较好的经济指标。若剪力墙折算厚度偏大较多，则说明该工程布置的剪力墙数量或面积过多了，计算结果的具体表现为：轴压比普遍较小，层间位移角比规范限制有较大富余（即侧向刚度较大），这时应考虑对剪力墙的布置或截面进行优化，以控制结构成本。最优的剪力墙截面应为，所有的剪力墙的轴压比均等于或接近轴压比限值，当上部楼层剪力墙轴压比较小，而厚度已达到200mm，层间位移角又有富余的情况下，可通过缩短上部剪力墙长度的方法，来达到更优的经济指标。

3、合理确定剪力墙的截面高度与厚度

（1）标准层：一般住宅标准层剪力墙的厚度取为200mm则基本可满足稳定

性和轴压比的要求，这时，除提高刚度需要或建筑构造需要或减少梁跨需要等情况外，剪力墙截面高度可取1650mm，即可满足成为一般剪力墙，我们可称之为200厚剪力墙的经济长度；在剪力墙的轴压比及层间位移角仍能满足要求的前提下，可适当采用小于经济界限长度的短肢剪力墙。

（2）底部层高较大的楼层：由于建筑使用功能的需要，建筑物在底部的地下室、架空层、裙楼等楼层往往具有较大的层高，这时剪力墙因稳定性的要求（构造或稳定验算）需有较大的厚度，当厚度达到300mm及以上时，对上部标准层长度为1650的一般剪力墙，和长度大于1200mm的短肢剪力墙，则仍属一般剪力墙。

二、剪力墙抗震等级及约束边缘构件配置范围的确定

1、一般剪力墙

多层、高层建筑结构的剪力墙分别按《抗规》表6.1.2和省《高规》第3.9.3、3.9.4条查表确定抗震等级，注意对非高层结构不存在短肢剪力墙的提法，故多层结构均对截面高度与厚度之比大于4的剪力墙均按一般剪力墙考虑。一、二、三级剪力墙底部加强部位及其上一层需设约束边缘构件，四级剪力墙全高只需设构造边缘构件而不需设约束边缘构件。

2、短肢剪力墙

短肢剪力墙是专门针对高层结构提出的概念，按省《高规》规定，一、二、三级短肢剪力墙轴压比，在底部加强部位分别不宜大于0.45、0.50、0.55，一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值相应减少0.05；在底部加强部位以上的其他部位不宜大于上述规定值加0.05”、“截面高厚比不大于6时，墙全部竖向钢筋配筋率，一、二级和三、四级，底部加强和非底部加强部位分别不宜小于1.2%、1.0%和1.0%、0.8%；截面高厚比大于6时，仍设边缘构件，配筋率分别不宜小于1.6%、1.4%和1.4%、1.2%”。

3、错层结构的剪力墙

错层在省《高规》第11.4.1条文说明中有定量化的定义：楼层板面高差大于相连处楼面梁高，或板面高差小于相连处楼面梁高但楼板间垂直净距大于支承梁宽时称为错层。错层主要会带来以下不利影响：（1）楼板变高差处导致楼板传递剪力的路径局部中断，严重时造成楼板平面内无限刚的假定不成立；（2）当楼