房屋建筑剪力墙结构设计分析

摘要：本文结合笔者多年建筑设计工作经验，详细介绍了房屋建筑中的剪力墙结构设计。

关键词：房屋建筑；剪力墙；结构设计；分析

随着高层建筑的快速发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出了更高的要求。房屋建筑的剪力墙结构设计，在建筑施工整个过程中占有重要位置，也是我国设计人员一直努力钻研的方向。如果剪力墙想更好地发挥其刚度大、外形美观等优点，并又想克服自身结构上的缺点，那其关键就全在于结构设计，设计师们必须对剪力墙的设计要做到安全、经济、合理、外形美观。

1 剪力墙结构的布置原则

剪力墙的间距一般为3m～5m，其平面布置的灵活性受到了一定的限制，因此一般用于高层建筑住宅中。剪力墙的布置原则主要有以下几种：

1.1在剪力墙结构中，剪力墙承受了全部的竖向力以及水平力，所以剪力墙应该沿着建筑物的主要轴线双向布置，形成空间结构。尤其是在抗震结构之中，应该避免单向布置布置剪力墙，宜使两个方向的抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期应该相近。

1.2为了增加抗震能力，剪力墙应该尽量拉通对直。在建筑结构设计中，剪力墙洞口布置应该规则开洞，洞口成列、成排布置，这样才能形成明确的连梁和墙肢，应力分布比较规则，又与当前普遍应用程序的计算简图较为符合，设计计算结果安全可靠。在抗震结构中，应该尽量避免叠合错洞墙和错洞剪力墙的出现。其中叠合错洞墙的洞口因为错开距离很小，有时甚至会出现叠合的现象，这样一来，不仅墙肢不规则，而且在洞口之间会形成薄弱部位，对抗震产生会产生很不利的影响。

1.3剪力墙沿竖向时应该贯通建筑物的全高，从整体出发，剪力墙的抗侧刚度较大，如果在某一层或几层切断剪力墙，易造成结构刚度突变。因此剪力墙沿竖向改变的时候，抗侧刚度应该逐步减小，避免各层刚度突变，而造成应力集中。

1.4剪力墙要尽量避免在洞口与墙边、洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢的截面高度与厚度之比不大于四时，宜按框架柱进行截面设计，剪力墙与柱都是压弯构件，其压弯破坏状态以及计算原理基本相同，但截面配筋构造有很大不同，因此柱截面和墙截面的配筋计算方法也各不相同。

1.5如果是较长的剪力墙，那么应该开设洞口，将剪力墙平均地分为若干墙段，墙段与墙段之间应该用弱梁连接，另外每个对立的墙段的总高度与其截面的高度之比不宜小于3，因为墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，这样一来，墙体配筋才能够充分地发挥其作用，所以墙肢截面的高不宜大于8m。

1.6在高层建筑中不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。短肢剪力墙沿建筑高度可能有较多楼层的墙肢会出现反弯点，受力特点接近异形柱，又承担较大轴力和剪力，由于短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，在高层住宅结构中短肢剪力墙布置不宜过多，不应采用全部为短肢剪力墙的结构。

1.7楼面主梁不宜支承在剪力墙之间的连梁之上。连梁产生扭转，一方面不能有效约束楼面梁，也会因为没有抗扭刚度而去抵抗平面外弯矩；另一方面连梁受力十分不利，连梁本身的剪切应变比较大，易出现裂缝；因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时，次梁端部可按铰接处理。

1.8尽量控制剪力墙的平面外弯矩，剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都很小，因此应注意剪力墙平面外受弯时的安全问题。当剪力墙与平面外方向的大梁连接时，会使墙肢平面外承受弯矩，当梁高大于约2倍墙厚时，刚性连接梁的梁端弯矩将使剪力墙平面外产生较大的弯矩，因此应当采取措施，以保证剪力墙平面外的安全。为此应该采用增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢、暗柱或者增加壁柱等方式，来有效地减少梁端部弯矩对墙的不好影响。另外，对截面较小的楼面梁可以设计为半刚接或铰接，这样可以减少墙肢的平面外弯矩。

2 剪力墙结构设计在房屋建筑中的应用

2.1剪力墙截面厚度

在建筑结构设计中之所以会规定剪力墙的最小厚度，是为了保障剪力墙平面之外的刚度以及稳定性能。当墙肢平面外出现与之相交的剪力墙的时候，可以将其视为剪力墙的支承，这样一来就有利于保证剪力墙平面外的刚度和稳定了。因此剪力墙截面厚度除满足稳定要求外尚应满足剪力墙受剪截面限制条件、剪力墙正截面受压承载力要求以及剪力墙轴压比限值要求。规范规定：在非抗震设计时，剪力墙的最小厚度不应该小于160 mm。而在抗震设计时，一、二级抗震等级时底部加强区不应小于200mm；其他部位不应小于160mm，一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220 mm，其他部位不应小于180 mm；三、四级抗震等级时不应小于160mm，一字形独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180 mm。分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm。

2.2设置构造边缘构件和约束边缘构件

剪力墙一般在一、二、三级抗震的一般部位以及四级抗震设计和非抗震设计的时候，剪力墙的墙肢端部应该设置构造边缘构件；在一、二、三级抗震的底部加强部位以及其上一层的墙肢端部应该设置约束边缘构件。

2.3为了防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限受弯承载力，配制的竖向分布钢筋必须满足最小配筋百分率要求。同时，为了防止斜裂缝出现后发生脆性的剪拉破坏，规定了水平分布钢筋的最小配筋百分率。一般剪力墙的竖向和水平分布筋的配筋率为：一、二、三级抗震等级时不应小于0.25%，四级抗震等级及非抗震等级时为0.2%，剪力墙的竖向和水平分布钢筋的间距均不宜大于300mm，直径不应小于8mm，也不宜大于墙肢厚度的1/10。

2.4剪力墙连梁超筋的处理

连梁超筋在剪力墙结构设计中是一种常见现象，常言道：防范于未然，所以连梁配筋时就务必应该满足以下要求：

2.4.1 连梁上下纵向受力钢筋伸入墙内的锚固长度抗震设计时不应小于LaE，非抗震设计时不应小于La，且均不应小于600mm。

2.4.2 抗震设计时，剪力墙中的连梁全长箍筋的构造要求应采用框架梁端加密区箍筋构造要求；在非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径应不小于6mm，间距不应大于150mm。

2.4.3 在顶层连梁锚入墙体的钢筋长度范围内，应该配置间距不大于150mm的箍筋，构造箍筋的直径与该连梁的箍筋直径要相同。

2.4.4 连梁高度范围内的墙肢水平分布钢筋水平分布钢筋应在连梁内拉通作为连梁的腰筋。截面高度大于700mm的连梁，其两侧面腰筋的直径不应小于8mm，沿高度间距不应大于200mm；跨高比不大于2.5的连梁，其两侧腰筋的总面积配筋率不应小于0.3%。

2.4.5 跨高比不大于1.5的连梁，非抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率可取为0.2%；抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率宜符合规范最小配筋率的要求，跨高比大于1.5的连梁，其纵向钢筋的最小配筋率可按框架梁的要求采用。非抗震设计时，顶面及底面单侧纵向钢筋的最大配筋率不宜大于2.5%；抗震设计时，顶面及底面单侧纵向钢筋的最大配筋率宜符合规范连梁纵向钢筋的最大配筋率的要求。如不满足，则应按实配钢筋进行连梁强剪弱弯的验算。

如果出现剪力墙连梁超筋的现象，一般有以下三个处理方法：一是想法设法地减小连梁的截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施；二是在抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可以进行塑性调幅；三是当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响的时候，方可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，再按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下进行结构内力分析，最后墙肢应该按照两次计算所得的较大内力进行配筋计算。

参考文献：

[1] 赵建永.异形柱与短肢剪力墙结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品.2009，（11）.

[2] 阳科.高层住宅短肢剪力墙结构设计体会[J].四川建材.2010，（03）.