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剪力墙结构设计的体会 |
| 时间：2013-9-24 13:04:20 来源： 点击：1431 |
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摘要：随着我国经济水平的快速提高及科学技术水平的不断提升，人们思想观念的不断更新，结合多年从事设计实践经验，对剪力墙结构设计中的基本概念、剪力墙结构的厚度和配筋、剪力墙结构设计要点等问题进行总结，供同行业设计人员参考。
关键词：剪力墙；结构设计
近年来随着城市可利用土地的逐渐减少，人们对住宅平面与空间的要求越来越高，普通框架结构的露柱露梁已不能满足人们对住宅空间的要求。采用即可以保证结构的刚度、位移，又可以满足室内空间的要求的剪力墙结构得以普遍应用。剪力墙结构的受力、变形特征，类似框架结构，但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致竖向位移的差别，也比框架结构小，传至基础的荷载更均匀、合理。
1、剪力墙结构的定义
剪力墙是结构中承受水平剪力的水平截面长厚比≥5 的竖向构件，其截面特性为墙平面内刚度远大于平面外刚度， 主要承担竖向荷载和墙平面内方向外来的水平作用。剪力墙分短肢剪力墙和一般剪力墙，短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8 的剪力墙； 一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8 的剪力墙 。
2、剪力墙结构的设计要点
高层建筑最主要的受力构件包括剪力墙、框架柱、梁和楼板。而剪
力墙作为竖向构件是形成结构抗侧力刚度的最主要构件，它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，还需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。剪力墙结构的设计应从以下几个方面考虑：
2.1选择有利的建筑形式，在抗震设计中，建筑平面应尽可能简洁、规则，结构的刚心与质心相一致，以减少地震作用下结构产生的扭转效应。剪力墙的方案布置、墙量的多少、墙片的大小应合理。由于底部框墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。因此在剪力墙布置方案上一定要坚持均匀、对称、周边、分散的原则，墙片不宜过长，应以墙片高宽比1．5左右为为宜，墙片平面形式不宜采用提高抗侧刚度的“L ”“T”等平面形式，而是尽可能采用“一”字形。这是因为只有弱化每一单片剪力墙的刚度，才有可能实现均匀分散多道设防的目标。同时还应控制剪力墙的最大间距，以期符合规范的要求。纵向抗震墙还应在外纵轴布置开窗洞的
抗震墙或剪力墙，这样大大增强横向抗倾覆的能力，避免边柱产生过大的压力和拉力。
2.2剪力墙合理布置：剪力墙最好沿主轴方向或其他方向进行双向布置；对于抗震设计的剪力墙结构应特别避免仅单向有墙的结构布置形式。1)对一般的矩形、L形、T形等平面则沿着两条轴线的方向进行布置。2)对于部分三角形平面、Y形平面则可以沿其三个轴线方向布置。3)对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。总之剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的抗侧力刚度不宜过大。为充分发挥剪力墙的抗侧力刚度和承载能力，增大剪力墙可利用空间，剪力墙的间距不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度。判断结构侧向刚度与剪力墙数量的适应程度，可以选用经验公式T1=(0．05～0．06)n，其中n为结构层数。公式计算出来的T1值与建模计算的周期T2相比较，TI>T2则表示剪力墙偏多，可适当减少剪力墙数或开些适合的大洞来减小墙的刚度，反之则需要增加剪力墙数量。
2.3 剪力墙中大墙肢处理
剪力墙的结构必须具备延展性，对于呈细高状的剪力墙(高宽比大于2)很容易被设计成弯曲破坏的延性剪力墙，这样一来可以避免受到脆性的剪切破坏。在墙长度较长的情况下，为满足每墙段的高宽比均大于2，可以通过开洞的方式分割长墙为小而均匀的独立墙段。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：开施工洞即在施工时墙内留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。这种方式主要适用于地下室外墙等不易实施开洞的剪力墙。
2.4 剪力墙连梁超筋的处理
对于在剪力墙结构设计中，连梁超筋作为常见现象实质上是剪力不
满足剪压比要求。最易连梁超筋的地方，一般位于剪力墙结构中总高度1／3左右的楼层，比如15层的房子便是在5层。平面中当墙段较长时，超筋现象则多出现在其中部的连梁。尤其是墙段中墙肢截面高度大小相对悬殊时，容易在墙肢处发生连梁超筋现象。剪力墙结构中连梁对剪切变形非常敏感，对于如何处理剪力墙连梁不满足连梁尺寸要求的情况， 《高规》中提出了如下几种解决方案：①减小连梁的截面高度。②抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅。③当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋计算。
2.5剪力墙墙身钢筋的分布及构造要求
《高规》中规定一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率，在一、二、三级抗震下设计时不应低于0．25％，而对于四级抗震设计和非抗震设计时则不应低于0．20％。
3 剪力墙结构的厚度和配筋问题
3.1 《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸具体规定：按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1／16，且不应小于200mm，其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1／20，且不应小于160mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1／20，且不应小于160mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／25，且不应小于180mm。以上规定目的是为防止因墙体平面外刚度过小，稳定性差，容易在偏心荷载作用下压屈失稳，但这些规定对于八度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。例如5～15层的剪力墙结构，一般墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都小于0.2，电算结果墙体往往只需要构造配筋，但只因底部功能要求3.9m层高，墙厚就得240mm，若业主要求室内视野开阔，不设外纵墙，横墙朝外端头不允许带翼墙或端柱时，当层高3.6～4.2m时，则墙厚需要300—350mm，显然不合理。所以像这样的特殊情况的低多层建筑不应要求死扣规范，而通过采用概念设计分析，控制墙肢轴压比，进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋，保证其整体性连接等措施，是可以使墙厚减小的。
3.2 墙体的配筋率，目前在“砼规”11.7.11条文强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中，竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25％；部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3％ ；这配筋率比其在80年代前的配筋率：0.07—0.1％ 要大多了，和国外的配筋率0.1—0.25％ 的高者基本接轨，这在高层或者较长的剪力墙结构中应该是合理的，但对于低矮、短小的剪力墙值得探讨。墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏，同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝，设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加，特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。墙的竖向钢筋主要起抗弯作用，目前在一些多层剪力墙中电算结果多为构造配筋；但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋，笔者认为竖向最小配筋率，应该包括边缘构件中的钢筋，墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距不大于300mm，也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度，对抗震不利。
结束语
随着高层建筑的不断发展，如何在设计方面满足高层建筑功能需求以及结构安全性，追求新的结构形式和更加合理的模型，就要求结构工程师应有深厚的基本理论基础，不断吸取先进设计思想，充分理解新规范，结合工程实际情况，不断提高工程设计水平。网址：http://www.cnkikbs.com |
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