钢筋混凝土剪力墙结构设计的几个问题探讨

【摘 要】 本文分析了钢筋混凝土剪力墙结构的优缺点，并对其结构布置、墙肢长度和厚度的选取以及连梁设计中的问题作了一些分析探讨，供大家参考。

【关键词】剪力墙 墙肢 连梁 刚度

1 前言

随着经济和社会的发展，高层建筑逐渐成为现代建筑的发展趋势。20世纪60年代出现的剪力墙结构，由于其抗侧刚度大，能有效的减少侧移，且具有较好的抗震性能。而使其被广泛应用于多层和高层钢筋混凝高层建筑房屋中。

2 剪力墙结构的优缺点

剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省，在高层住宅、旅馆等居住性建筑中，居室和客房均为小房间，分隔墙较多。采用现浇剪力墙结构，可以将承重墙与分隔墙合二为一，相对来说比较经济。另外，室内较框架结构简洁，没有露梁、露柱现象。外形美观，便于室内布置，使用功能更好，且增大了使用面积。因此受到了开发商和业主的广泛欢迎。

剪力墙由墙肢和连梁两种构件组成。其结构承载力及刚度都很大，侧移变形小，抵抗水平侧移能力强。经过合理设计可做成抗震性能很好的延性剪力墙，无论在非地震区及地震区都很适用。

缺点是由于剪力墙最大间距的限制，使建筑平而和使用空间受到一定的局限。结构的延性一般不如框架结构和框架剪力墙结构体系，结构自重较大，总高度不大时结构材料耗费可能较多。

3 结构布置中的几个问题

剪力墙结构中竖向荷载、水平地震作用和风荷载都由钢筋混凝土剪力墙承受。所以剪力墙的布置应在满足建筑使用要求的前提下，沿结构的主要轴线，尽可能地规则拉通对称布置。既要考虑便于梁板等承担竖向荷载的构件的布置，又要尽量使结构刚度对称，减少偏心，从而减少扭转效应的影响。同时，应注意以下几个问题：

3.1 避免出现独立小墙肢

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）中规定： “矩形截面独立墙肢的截面高度hw不宜小于截面宽度bw的5倍。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅当加强配筋即可。

3.2 谨慎采用短肢剪力墙结构

近年来兴起的短肢剪力墙结构，既有利于建筑的灵活布置，又可进一步减轻结构自重，比较受业主欢迎。但由于抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）对这种结构作了较严格的规定。几年的设计经验表明，短肢剪力墙并不具有经济性。因此，笔者认为，除非在建筑功能有特殊要求的情况下，尽量不要使用短肢剪力墙。设计中，可适当加长墙肢尺寸，满足普通剪力墙高厚比大于8的要求，不仅构件受力更为合理，而且具有良好的经济效果。

3.3 单片剪力墙刚度不宜过大

剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。此外，单片剪力墙刚度过大，承担的水平力份额较大，一旦破坏就会出现严重后果。同时，墙段长度较小时，墙体的配筋能够充分的发挥作用，因此，墙段的长度不宜大于8m。设计中，可通过开设结构洞口将长墙分成长度较小的若干段，洞口、连梁宜采用弱连梁（跨高比宜大于6）。

3.4 剪力墙结构整体刚度不宜过大

剪力墙结构刚度很大，一般来说周期较短，相应地震力较大，如果剪力墙结构刚度过大，不仅材料消耗多，不经济，而且，地震力过大会使部分墙肢和连梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面设计困难。一般宜控制剪力墙结构的刚度能满足位移限值要求即可。设计中，可通过减薄墙厚、降低混凝土强度、加大洞口、减小连梁高度、窗下墙改用填充墙等措施来调整其刚度。

4 墙肢长度和厚度的选取

4.1 墙肢的长度

剪力墙墙肢长度（即墙肢截面高度）一般不宜大于8m。结构设计中的剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可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，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比宜大于6），使其可近似认为分成了独立墙段。

4.2 墙肢厚度的选取

高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3—2002）第7.2.2条第1 3款规定了剪力墙的最小厚度，其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。

对短肢剪力墙结构，高规（JGJ 3—2002）规定其抗震等级应比表4.8.2规定的抗震等级提高一级采用。故除6度区外，短肢剪力墙的抗震等级至少为一级。对于住宅建筑，填充墙厚一般为200mm，相应剪力墙厚也取为200mm。住宅层高一般为2.83m，故墙厚取200mm，除底层加强区的一字形短肢剪力墙外，均能满足规范要求。

对于无地下室的高层住宅，因其基础埋深一般在2.5m以上，则底层墙体高度会到5.0m以上，若按层高的1/16确定墙厚，将超过300mm，大于填充墙厚度。为避免出现此种情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量不用一字形剪力墙，而采用L、T、z、十字形等截而形式，且使翼缘长度大于其厚度的3倍，这样一方面墙体抗震性能更好，另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度的l／16。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于3.0m，故厚度采用200mm满足构造要求。

5 连梁设计中的问题

5.1 连梁的作用

在剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连梁产生内力，同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用，改善墙肢的受力状态。因此，连梁对于剪力墙结构尤为重要，在起到连接墙肢作用的同时，还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。

5.2 连梁设计的处理方法

在带连梁的剪力墙设计中，连梁的跨高比和截面尺寸受到许多因素的影响，设计不当经常出现连梁承载力超限或连梁截面不符合设计要求的情况，设计时可从以下方面考虑。

（1）对连梁的刚度进行折减

连梁由于跨高比较小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减小，内力重分布。因此，在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。高规（JGJ3—2002）中解释说高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析，但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。

因此，可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂（刚度降低）而把内力转移到墙体上。通常，设防裂度低时可少折减一些（6、7度时可取0.7），设防裂度高时可多折剪一些（8、9度时可取0.5）。但折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力。

（2）增加剪力墙洞口的宽度、减小连梁高度增加剪力墙洞口的宽度，即增加连梁跨度，减小连梁高度，其目的是减小连梁刚度，同时由于减小了结构的整体刚度，也就减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。

（3）增加剪力墙的厚度

增加剪力墙的厚度，即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。由于剪力墙的厚度增加后，地震作用所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁抗剪承载力不超限。

（4）提高混凝上等级

提高剪力墙的混凝上等级，其弹性模量增加的比例远小于混凝土抗剪承载力提高的比例，因此也有可能使连梁的抗剪承载力不超限。

6 结束语

剪力墙结构设计中有很多需要注意的问题，也有一些技巧，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

参考文献

[1] 赵西安 《高层建筑结构实用设计方法>（第二版）.

[2] 潘国雄.小墙肢与翼缘设计的建议.建筑结构.2001.11.