浅析剪力墙结构设计中的问题

李志鹏　刘婕妤

【摘要】在对剪力墙结构设计进行有效分析的过程中，我们应重视其基本概念的设计，认真把握设计中遵循的各项原则，合理选用有效的长度和宽度，使设计达到最佳的效果。剪力墙的水平刚度大，在风荷载或者小震作用下较容易防止高层结构的侧向位移导致的剪切破坏，它是主要的抗风抗震结构构件，控制好剪力墙结构的水平位移和地震力这两个因素，便可以合理的布置剪力墙的位置和数量。文中对剪力墙结构设计中的一些问题进行简要分析。

【关键词】剪力墙；结构设计；问题

一、剪力墙设计概念

1）剪力墙高和截面高度尺寸较大但截面厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，

而与柱的区别主要是其截面高度与厚度的比值，当比值小于或等于3时宜按框架柱进行截面设计，当墙肢截面高度与厚度之比在 2～4时可视为异形柱，按双向受压构件设计，当墙肢截面高度与厚度之比在5～8时为短肢剪力墙，当墙肢截面高度与厚度之比大于8时为一般剪力墙。

2）剪力墙结构中，墙是一平面构件，它除承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。

3）实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙、整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。

二、剪力墙结构设计中的几个问题

1、框架剪力墙中框架粱支座计算简图的简定

一般在框剪结构体系中，粱与柱特别是与外柱的连接都为嵌固，而梁与墙的联接往往视为铰接，但实际绘制施工图时，梁两端无论是配筋、钢筋的锚固往往都是按嵌固要求处理。当梁的线刚度小于层间墙的线刚度时或粱支承于两墙体的相交处时，宜按嵌固支座考慮。当这样考虑时，电算结果墙和梁端处的钢筋用量可能较多，而梁跨中钢筋偏小。所以实际配筋时，应使梁在墙上支座的配葡适当减少，以便能使粱在强地震时能出现塑性铰，而梁跨中的配筋则适当增加。计算中还应注意梁支承在墙上时，梁下墙的有效宽度一般宜取6倍墙厚或6倍梁宽中之小者且不大于2m，当梁跨度较大时，粱端墙上宜设置暗柱暗粱。

2、短肢墙结构体系的计算

短肢墙结构应采用三维电算程序进行结构整体分析，竖向构件用开口薄壁杆模型或墙元模型。计算中当反映出的刚度不合适不均匀或者扭转偏大时，应调整结构布置后重算，以取得最好效果后再绘制施工囤。构件设计中，应注意竖杆一般属双向压弯杆，短肢墙一般都是在压弯、剪复合状况下受力，当肢长≤4倍墙厚时，则应按异形柱进行设计计算。应用TBSA分析剪力墙结构时，尚应注意当肢长小于4倍墙厚时，则应按异形柱进行设计计算。应用TBSA分析剪力墙结构时，尚应注意当肢长小于4倍墙厚时，电算输出的墙配筋只是柱子单边的配筋量，而当墙肢>4倍墙厚时，虽然是墙体的两面配筋量，但只考虑了墙肢平面内力作用而忽略了平面外的受力影响，绘施工图中均应适当考虑这些因素之影响。此外，电算分析中往往不易控制墙肢的轴压比限值，但小墙肢的轴压比都应控制在0.6以内。

3、剪力墙的布置

剪力墙的平面布置一般原则是均匀、分散、对称、周边。分散原则是要求剪力墙片数不要太少，而且每片剪力墙刚度不要太大，连续尺寸不要太长， 使抗侧力构件数量多一些，分散一些， 每片剪力墙的弯曲刚度适中，在使用中不会因为个别墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能，也不会使个别墙的受力太集中， 负担过重 而引起过早地被破坏，刚度过大的墙承担的内力也大，相应的基础处理难度增加， 同时也考虑到剪力墙相距太远，楼面刚度要求大， 很难满足要求，周边的原则是考虑建筑物抵抗扭转能力，便于保证刚度中心与平面中心相吻合；剪力墙布置在周 边对称位置，增加抵抗扭转的内力臂， 在不增加剪力墙面积的情况下， 提高抗扭转能力。剪力墙布置的位置应设在平面形状变化处， 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是很有必要的， 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。

1）铰接方式

在采用铰接方式时，要考虑到连梁的约束作用，并通过楼板的强度保证框架与剪力墙的协调的性能。在建筑工程实际施工过程中，经常会在楼板开设洞口，就会明显削弱二者的协同的性能，剪力墙的约束能力就会减弱，也会减小整体结构的刚度，不符合平面布置应减少扭转的要求，所以，在施工过程中，一般不采用铰接的方式。

2）刚接方式

刚接方式主要通过连梁的刚度来保证框架和剪力墙的共同协调，连梁承担了比较大的剪力和弯矩，具有明显的约束作用，能够有效保证整体结构的协同工作的性能。在遇到低于建筑设防烈度的地震时，保证连梁不受到破坏，不会应先管道整体结构的刚度，仍然处在弹性阶段形成抗震的第一道放线，有效对整体的主体结构起到保护作用。

三、剪力墙构造设计应注意的问题

1）对于剪力墙结构和部分框支剪力墙结构，若内纵墙很长，且连梁的跨高比小，刚度大，则墙的整体性好，在水平地震作用下，墙的剪切变形较大，墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度，因此将较长的剪力墙分成若干段，使墙的高宽与长度之比不少于2，墙段由墙肢和连梁组成。其目的是设置刚度和承载力较小的连梁（跨高比不小6的连粱），这样防止在地震作用下，先破坏连梁，使墙段成为抗侧力单元，且墙段以弯曲变形为主。

2）剪力墙和部分框支剪力墙结构的墙肢截面长度沿高度不宜有太大出入和变化，一、二级抗震墙的底部加强区以及墙体洞口较大时，最好不要有错洞布置的剪力墙。

3）框支层的设计。部分框支的剪力墙结构在地震作用时有可能将变形集中在框支层上，这样就应该首先加强框支层，使其牢固。一般地规范规定是，框支层的侧向刚度不应小于上一层非框支层的侧向刚度的 50%。框支墙的水平地震剪力主要由落地剪力墙承担，所以要保证楼板有足够大的平面内刚度传递水平力。落地墙最大水平间距不宜大于 24m。

4）墙的竖向钢筋的设计。在框架剪力墙中，特别是高层的工程设计里面，竖向钢筋主要起到抗弯作用。高层建筑与底层不同，在目前一些多层低高层剪力墙中电算记过多为构造配筋，但配筋时所取的配筋率有的人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋，但是高层建筑中的剪力墙设计不能这么做，这一点必须注意。

参考文献：

[1]黄海涛.黄慎江.结构设计中概念设计方法应用的探讨[J].工程与设.2010（4）.

[2]王燕锋.朱娜.浅议结构设计中概念设计的运用[J].科技创新导报.2009（34）.

[3]姚琦泓.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].商品储运与养护.2008（6）.