高层及多层民宅建筑设计中剪力墙的结构设计

孟凡琳

摘要：剪力墙主要由钢筋和混凝土组成，最常见的建造方式就是整体浇注，在整体浇筑过程中，墙体内配筋在模板中虽然经过绑扎，但是不能确保钢筋笼一定不会移位，尤其是钢筋如果太靠近模板边缘，在拆模的时候就会造成钢筋外露，这在建筑规范中是不允许的。所以垫块的作用就是使模板中钢筋的位置在浇筑混凝土过程中不位移，控制模板尺寸和钢筋保护层厚度，是一种根据施工实际需要而采取的施工技术措施。

关键词：民宅建筑、剪力墙、垫块、框架抗震

中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：

剪力墙分为平面剪力墙和筒体剪力墙。平面剪力墙用于钢筋混凝土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系中。为增加结构的刚度、强度及抗倒塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，整体性好。筒体剪力墙用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中 ，由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成，筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体，其刚度和强度较平面剪力墙高可承受较大的水平荷载。此两类剪力墙比较复杂，最好采用有限元法借助于计算机进行计算。其计算判断过程是由整体参数来判断的有关计算方法有那些注意的问题,希望大家展开讨论.

还有个比较重要而且需要进一步理解的概念是:协同工作原理 基本的原理是这样的:框架结构和剪力墙结构，两种结构体系在水平荷载下的变形规律是完全不相同的。框架的侧移曲线是剪切型，曲线凹向原始位置；而剪力墙的侧移曲线是弯曲型，曲线凸向原始位置。在框架—剪力墙（以下简称框-剪）结构中，由于楼盖在自身平面内刚度很大，在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同。这使得框—剪结构的侧移曲线既不是剪切型，也不是弯曲型，而是一种弯、剪混合型，简称弯剪型。在结构底部，框架将把剪力墙向右拉；在结构顶部，框架将把剪力墙向左推。因而，框—剪结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些，比纯剪力墙结构的侧移要大一些；其顶部侧移则正好相反。框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时，二者之间为保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。

一、 框架抗震等级和机构高度的调整

抗震设计的细长框架—剪力墙结构，在基本振型地震作用下，其框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，框架部分的抗震等级应按纯框架结构采用，柱轴压比限值宜按框架结构的规定采用；其最大适灾高度和高宽比限值可比纯框架结构适当增加。

目前不论手算近似方法还是计算机方法，一般均采用了楼板平面内刚度无限大的假定，即认为楼板是平面内不变形的。在框—剪结构中，剪力墙的间距较大，实际上楼板是会变形的。在水平作用下，剪力墙部位水平位移较小；而在框架部位由于框架的刚度较小，楼板位移较大，相应地框架的实际水平力比计算值大。

更重要的是，剪力墙刚度较大，承受了大部分水平力，在地震力作用下，剪力墙会首先开裂，刚度下降，从而使部分地震力向框架转移，框架承受地震力会增加。此外，框架是框—剪结构抵抗地震作用的第二道防线，有必要提高其设计地震力，以使强度有更大的储备。

因此，在地震力作用下，框—剪结构中框架的剪力标准值应适当调整，

在钢筋混凝土中不使用垫块，将无法保证钢筋位置达到设计要求，严重时会出现钢筋笼歪斜、钢筋保护层大小不一、钢筋外露等严重质量缺陷，大大降低构件承载能力，严重影响施工质量。在剪力墙浇筑过程中，为防止钢筋移位，最好的办法是使用对拉螺栓，螺栓在模板内和钢筋焊接固定，在外由模板横向牵扯，既固定了钢筋又固定了模板，是最完善的方式，完全能替代垫块的作用。其实，对拉螺栓在建筑工程中非常常见，如果有人注意观察，如混凝土水池等结构的内外壁上有些钢筋露头，最后完工后会被割除，然后在其位置涂抹沥青漆防腐，这些就是对拉螺栓的痕迹。

二、 剪力墙的机构布置

1．平面布置。剪力墙结构中全部竖向荷载和水平力都由钢筋混凝土墙承受，所以剪力墙应沿平面主要轴线方向布置。

（1）矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；

（2）三角形及Y形平面可沿三个方向布置；

（3）正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。

单片剪力墙的长度不宜过大：

（1）长度很大的剪力墙，刚度很大将使结构的周期过短，地震力太大不经济；

（2）剪力墙以处于受弯工作状态时，才能有足够的延性，故剪力墙应当是高细的，如果剪力墙太长时，将形成低宽剪力墙，就会由受剪破坏，剪力墙呈脆性，不利于抗震。故同一轴线上的连续剪力墙过长时，应用楼板或小连梁分成若干个墙段，每个墙段的高宽比应不小于2。

2．每个墙段可以是单片墙，小开口墙或联肢墙。每个墙肢的宽度不宜大于8.0m，以保证墙肢是由受弯承载力控制，和充分发挥竖向分布筋的作用。内力计算时，墙段之间的楼板或弱连梁不考虑其作用，每个墙段作为一片独立剪力墙计算。

2.1边缘构件的设置

一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件。对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7%，一般部位0.5%。对于短肢剪力墙，控制配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。

(1)考虑梁约束作用时，结构刚度特征值 增大，自振周期T1减小，地震力增大，因而总底部剪力增大；剪力墙承担的剪力加大，但除底层外，墙弯矩反而有所减小；框架承担的剪力减小；建筑物顶点位移减小，但层间位移加大。

（2)在求得总剪力墙、总框架、总连梁内力以后，常根据各构件刚度进行第二步分配，计算构件控制断面的内力。

（3）)为了减小层间位移转角 ，主要方法是增加剪力墙截面长度，设置或加大翼拄和翼墙。增加剪力墙数量和厚度不经济，不宜采用。增加厚度主要用于控制剪力墙平面外的稳定。

值得指出的是，在刚结体系中还应计算由连梁约束引起的墙肢及柱轴力，可以在求得各个连梁的剪力以后，由平衡条件求出它对相邻墙肢及柱的轴力影响。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。