浅谈剪力墙结构设计的几个问题

摘要：剪力墙主要是用来承受风荷载或地震作用产生水平剪力的墙体，预防结构剪切遭到破坏。常用于高层建筑、高耸结构以及悬吊结构中，由电梯间、楼梯间、设备和辅助用房的间隔墙围成，利用建筑外墙和内墙隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙，属于下端固定在基础顶面上的竖向悬臂板。剪力墙的高度一般与整个房屋高度相同，自基础至屋顶。本文阐述了剪力墙结构设计的几个问题。

关键词：结构设计 剪力墙 边缘结构

现代建筑的发展趋势是高层建筑，剪力墙结构具有整体性好，侧向刚度大，抗侧力性能好的特点，而且没有梁，柱等外露与凸出，便于房间内部布置，使其被广泛应用于高层钢筋混凝土房屋中。剪力墙房屋通常适用于临街的住宅、办公楼等建筑，它既可承重，又可耐寒，使用空间较大，房屋布置灵活，其造价比多层框架房屋经济，被广泛采用。设计师绝不能照抄照搬，更不要盲从于电算程序结果，做到实事求是，设计出更经济、合理、适用的建筑结构。

1、剪力墙的特点

剪力墙也称抗风墙或抗震墙。是房屋构筑物中承受风荷载或者地震作用水平荷载的承重墙体，能够防止结构剪切的破坏。在立面上剪力墙常常因开门开窗，穿行管道而需要开设洞口，这时应尽量使洞口上下对齐，布置规则，使洞口至墙边及相邻洞口之间形成墙肢，上下洞口之间形成梁。规则成列开洞的剪力墙传力简捷，受力明确，受力钢筋容易布置且作用明确，因而经济指标较好。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。剪力墙一般高和宽尺寸相对较大，厚度相对较小，受力形态接近于柱，和柱的区别是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时可按柱来设计，当墙肢长和肢宽之比略大于4或者略小于4时，就可以视为为异形柱，按双向受压构件进行设计。抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。剪力墙的优点是侧向刚度较大，在水平荷载作用下侧移小，楼盖采用平板结构，不设梁，所以较好地利用了空间，能够节约层高。缺点是剪力墙的间距受到一定限制，建筑平面布置缺少灵活，结构自重较大。特别适用于高层住宅、公寓和旅馆建筑。

2、剪力墙的种类

2.1整体墙剪力墙

剪力墙不设门窗洞口或只有少量很小的洞口，忽略洞口的存在，门窗洞口面积之和不超过剪力墙侧面积的17%，并且洞口间净距及孔洞到墙边的净距大于洞口长边的尺寸。设计时尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱。

2.2小开口整体剪力墙

受洞口的影响，墙肢间应力分布不是直线，墙肢中已出现局部弯矩，但偏离不大。可以在整体墙计算方法的基础上加以修正。

2.3连肢墙

剪力墙上开有一列或多列洞口，由一系列连梁约束的墙肢组成，且洞口尺寸相对较大，洞口面积超过墙体总面积的16%，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点，可以采用连续化方法近似计算。

2.4框支剪力墙

当底层剪力墙需要大空间时，可以采用框架结构支撑上部墙体。地震区，不能够采用纯粹的框支剪力墙结构，考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析进行墙的设计计算，算得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力进行验算，采用有限元法借助于计算机进行计算。

3、设计时应注意的事项

剪力墙设计时，根据各型墙体的结构特点和受力特征的不同，墙体内力分布状态以及其破坏形态，科学地设计配筋和构造措施。在建筑结构设计中，剪力墙结构具有延性，细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙，使其可近似认为分成了独立墙段。在高层剪力墙承载力计算时，对带翼墙的计算宽度按以下情况取最小值。即：墙体的间距和门窗洞口间的翼缘宽度，剪力墙墙肢总高度的1/10，剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。根据墙体特点和受力特征、剪力墙内力分布状态、破坏形态，设计配筋和构造措施。

3.1优化结构设计，降低工程造价

结构设计的局部构件设计原则要符合整体设计原则，局部构件可以根据结构受力进行加强处理，不能低于整体设计的最低要求。优化设计是在保证结构安全的前提下，通过设计人员自身的概念、经验、悟性、判断力和创造力对结构方案进行优化，以控制工程造价，满足投资方的经济要求，或在造价基本不变的情况下，增加建筑物的使用面积、改善建筑物结构的使用功能。在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担着墙的竖向压力。

3.2剪力墙结构的厚度和配筋

剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且x，y两向的刚重比接近，避免“一”字形剪力墙设计。当建筑结构较高较长时配筋宜要适当增加，在连梁部位或温度、刚度变化等极其敏感部位适当增加配筋。墙体竖向钢筋起抗弯作用，竖向最小配筋率包括边缘构件中的钢筋，钢筋间距≤300nm，谨防竖筋过多使墙体的抗弯强度大于抗剪强度，不利于抗震。短肢墙在抗震设防烈度为八度区不宜使用。

3.3剪力墙结构的超长

较长的墙体留设结构洞，洞用轻质墙体填充，可有效地减小剪力墙结构的刚度。

3.3.1如果剪力墙结构刚度大，混凝土结构受温度或收缩徐变的影响等诸多因素有关，混凝土收缩、徐变产生变形较大，剪力墙墙体对楼面产生的约束就大：当墙体结构发生收缩变形时，易出现裂缝。所以难于解决混凝土收缩变形时，保证不出现裂缝。

3.3.2混凝土收缩种类很多，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。

3.3.3使用普通商品混凝土泵送施工，为了利用泵送，增大水泥含量，人为地减少中粗骨料含量和骨料粒径，加之泵送混凝土配合比和施工送料时的不良因素影响，加大了混凝土结构收缩量，增加产生裂缝的机会。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。

3.4剪力墙的边缘构造

在矩形剪力墙两端设置约束边缘构件，能够显著地提高墙体的延性，也能够防止剪力墙发生水平剪切、滑动，有效地提高了抗剪能力，增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性。根据剪力墙的结构类型和受力状况，对墙两端和洞口两侧加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。构造边缘构件（如端柱）仅在矩形柱范围内布置纵筋和箍筋，类似于框架柱。约束边缘构件的抗震性能要高于构造边缘构件。