浅谈剪力墙结构设计

王妮 王眉

摘要：剪力墙结构设计包括墙肢、连梁布置、截面计算及配筋构造等。本文着重论述剪力墙设计中重注意的问题。

关键词：剪力墙短肢剪力墙加强部位有限元

1 剪力墙布置

1.1 双向布置剪力墙及抗侧刚度 在高层建筑结构设计中，良好的空间工作性能是一个关键点。要求双向布设剪力墙结构来构造空间结构。为了保证结构有良好的抗震性能，切忌单向布设剪力墙，两个方向抗侧刚度（即两个方向的自振周期）一定要接近。另外，剪力墙结构的承载力较好，且抗侧刚度符合建筑要求。为了使这两个优势得以充分发挥，减轻结构自重，进一步拓展剪力墙结构的空间结构，宜控制墙体结构的密度，最好能够保证结构的侧向刚度达标。

1.2 竖向刚度均匀 剪力墙结构在一定程度上决定了其抗侧刚度。如果剪力墙沿高度不连续，就会导致结构顺沿高度刚度发生突变。鉴于此，必须按照从上到下的顺序连续布设墙结构。布置时，可根据标高调节剪力墙墙体厚度及混凝土等级，甚至部分墙肢可以去掉，以确保抗侧刚度随着高度的增加逐渐减小。

1.3 墙肢高宽比 针对又高又细的剪力墙，设计时为了规避脆性的剪切破坏，极易将其设计成受弯曲破坏的延性剪力墙。另外，剪力墙的延性必须满足其抗震性能的相关要求，墙结构的高宽比最小为2。对于较长的墙结构，为达到高宽比的基本要求，可在适当的位置设计洞口来分割长墙，以平衡墙结构的高宽比，每一墙段都可作为整体墙，也可成为联肢墙。

1.4 剪力墙洞口的布置 ①科学开洞。按照成列成排的顺序布设洞口，以形成墙肢及连梁，应力分布用当和当前普遍应用程序的计算简图一致，有规律可循，且设计结果客观、科学。另外，洞口设计时墙肢刚度要基本一致。②错洞剪力墙和叠合错洞墙。这两种墙结构系不规则开洞、构造复杂、应力分布复杂的剪力墙。这两种墙极易出现薄弱部位。墙的实际内力无法按常规方法进行计算。墙结构主要是洞口叠合或错开距离达不到设计值，墙肢不规则，洞口之间极易成为薄弱部位。相较于错洞口墙结果来说，叠合错洞墙更为不利。若必须布置成叠合错洞口墙，首先要结合有限元法进行分析计算，采取有效措施对洞口四周进行加强，也可以用轻质材料填充使叠合洞口规则化，以确保剪力墙的结构和性能达到设计要求。③严格按有限元法计算不规则洞口剪力墙的内力及位移量。采用简化处理洞口的有限元模型来计算整体结构，除此之外，还可采用杆系、薄壁杆系模型进行结构计算。综合分析不规则开洞墙的计算数据，发现有不合理之处可进行补充或校核。

1.5 剪力墙和加强部位 ①抗震设计中有塑性铰的部位须采取措施适当加强。但不宜对楼电梯间墙或剪力墙顶层进行加强，以便进一步明确塑性铰部位的加强措施，使之区别于温度、收缩等加强措施。②出现塑性铰后，剪力墙的延性被提到一个关键的节点。剪力墙底部塑性铰出现的范围应有规律可循。只要是出现塑性铰的部位都应该采取措施进行加强，以免墙体结构遭受剪力破坏。③出于安全因素的考量，加强的范围可适当扩大。在结构的抗震性能要求上，应该按照墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值来设计剪力墙结构底部加强部位的高度。若为高度大于150米的剪力墙，可按照墙肢总高度的1/10来设计底部加强部位的高度，以免加强区过高。

2 短肢剪力墙设计要求

短肢剪力墙结构因其稍逊的抗震性能极少用于地震区的建筑设计中。高层住宅建筑剪力墙结构不宜过少，墙肢要长短适中，以确保建筑安全使用。在建筑设计上，应该合理限制短肢剪力墙的应用范围，必要时采取措施进行加强。

2.1 应用范围 高层住宅剪力墙不宜全部为短肢剪力墙结构。如果短肢剪力墙过多，须配设与短肢剪力墙共同抵抗水平力的筒体结构。具有较短肢剪力墙的墙结构，其最大适用高度宜低于额定值，7、8度的抗震设计必须小于100m和60m。如果高层住宅的高度为B级，或者高度为A级、抗震设计为9度的高层住宅，即便增设筒体，也需要合理控制短肢剪力墙的数量和规模。仅有个别小墙肢的剪力墙可按常规办法处理。

2.2 加强措施 ①在抗震设计环节，须按照结构总底部地震倾覆力矩的50%的标准来设计筒体与一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩，一般情况下要超过这一标准。在重力荷载的作用下，短肢剪力墙所产生的轴力设计值的轴压比，其抗震等级必须高于规定的抗震等级。②针对短肢剪力墙的剪力设计，应该对底部加强部位以及其他各层进行适当调整。一、二级抗震等级分别与增大系数1.4、1.2相乘，以防短肢剪力墙过早剪坏。③短肢剪力墙截面纵向钢筋配筋率，一般的部位要达到1.0%，底部加强部位至少要达到1.2%。④按照常规设计，短肢剪力墙截面最小厚度为200mm。若为非抗震设计剪力墙结构，应该适当调低建筑最大适用高度，同时适当限制墙肢厚度，以免墙肢过小。

总而言之，设计剪力墙结构时洞口应该上下对齐，以确保均衡受力，以防错洞或叠合错洞。另外，短肢剪力墙的肢长、加强部位是墙体设计的关键点，在墙体布置中应该多加注意。

参考文献：

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