剪力墙结构设计研究

【摘要】由于我国的城市建设的发展，高层住宅建筑以空前的规模和速度向前发展，高层住宅建筑主要采用剪力墙的结构。剪力墙通过钢筋混凝土板来代替框架结构中的梁柱，满足承担负荷，提高结构整体水平力的要求，能够较好的满足高层建筑的功能需求。然而剪力墙在结构受力和抗震的设计上有很大的缺点，在地震中会造成薄弱层变形以及构件的应力集中，导致严重的损害。新规范对于剪力墙的结构有了更为严格和详细的规定，并在短肢剪力墙的设计上做了严格的限制。

【关键词】 剪力墙结构 设计 研究

剪力墙结构的整体性较好，结构刚度大，抗侧刚度大，具有较好的抗震能力。而由于剪力墙较大的抗侧刚度，使地震的反应增大，需要加强建筑上部的结构和基础的设计，增加了费用，同时，剪力墙的配筋墙体也使剪力墙的延展性降低，剪力墙墙肢的轴压比和剪力墙的平面间距上的局限，都使剪力墙的应用受到了一定的限制。因此，合理的进行剪力墙的设计，能够在最大程度上发挥剪力墙的优点，使限制因素的作用减小，提高剪力墙的应用效率。

一、剪力墙结构布置的要求

在剪力墙的布置中，应仔细分析数据，确定需要用钢筋混凝土的剪力墙，以及分析剪力墙的开洞大小和开洞位置。

（一）平面布置

剪力墙的结构布置应具有较好的整体性,布置均匀对称,简单规则。在布置时应尽量使剪力墙的质量中心和剪力墙的结构刚度中心相重合，避免扭转力产生不利的影响。剪力墙的结构设计中，剪力墙的布置应当沿着墙体的主轴方向进行双向的布置，形成空间结构，并宜使两个方向刚度接近。针对L型和T型的平面，剪力墙应当沿着双轴线的方向进行布置，对于Y型和三角形的平面应当以三个轴线的方向来布置。进行抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置。结合建筑平面，采用L、T、十等带翼墙的布置方式，且翼缘长度大于其厚度的3倍。一字型剪力墙因其延性及平面外稳定均十分不利，应尽量避免采用，如不可避免时应严格按照高规7.2.1条确定墙厚，并验算其稳定性，抗震设计时严格控制其轴压比。要避免在一个结构单元只有个别截面高度大于8m的大墙肢而多数为较小墙肢，一旦遭受强震，大墙肢破坏后，余下的小墙肢又无足够的配筋难以承受水平地震力，是整个结构可能形成给个击破，致使房屋倒塌。对于短肢剪力墙较多的结构，避免将短肢剪力墙集中布置在一处，若短肢剪力墙布置过于集中，所承受的第一振型底部倾覆力矩占结构底部总倾覆力矩甚至不足40%，也有可能会造成结构的严重破坏；避免将短肢剪力墙布置在结构的一个方向上，因两个方向的抗侧力刚度差异大，会使结构产生过大扭转，导致结构破坏。

（二）竖向布置

高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，如果在某一层或几层切断剪力墙，易造成结构刚度突变，变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构软弱层。因建筑功能要求必须中断剪力墙时，在转换层要采取加强措施。带转换层剪力墙结构的的竖向布置中，应尽可能强化转换层的下部结构的刚度，同时弱化转换层的上部结构的刚度，使转换层的上下层的结构刚度和变形的特征尽可能的接近，用以保证剪力墙的结构底部的大空间有足够的刚性，延性以及刚度。在设计规范中，对于转换层的上下层结构的等效刚度比有较为严格的规定，要求等效刚度比接近于1。国外有的规范中也提到，由于需要必须中断剪力墙时对结构的侧移刚度不会造成太大的影响，对顶部的位移也很小，并且认为转换层的结构构件的截面设计只至于分配到的绝对地震作用有关也不必要采取特殊的加强措施。这样将减少了混凝土的用量，大大降低了工程造价，但在实际的工程设计过程中，只能严格遵守国家现行的行业规范、强制性条文以及强制性标准的前提下进行设计。

总之，剪力墙应当简单并规则布置，使剪力墙的密度降低，提高了剪力墙的结构利用空间，充分的发挥了剪力墙的承载能力以及结构的抗侧拉刚度。

二、剪力墙结构设计的计算要点

(一) 计算的一般要求

1.在剪力墙的计算中，所选的分析模型应能较准确地反映结构中各构件的实际受力情况，以及符合的三维空间的分析软件对整体进行分析，并对计算的结果进行分析判断。

2..在进行剪力墙的抗震计算时，计算单向地震时应考虑偶然偏心的影响。对于B级高度的建筑，宜考虑平扭耦联计算结构中的扭转效应，对于多塔楼的结构振型数不宜小于塔楼数目的9倍，在计算振型数时，应当使振型的参与质量至少占总质量的90%。同时应采用弹性时程分析法进行补充计算，必要时宜采用弹塑性时程分析法补充计算。对于复杂高层还应考虑施工过程的影响。

3.在进行带转换层建筑的计算时，应采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算，并按应力进行配筋设计校核。当上部剪力墙与转换梁不对中时，必须手算上部竖向荷载作用对转换梁产生的扭矩，该扭矩引起的剪力非常大，整体计算一般是没有计算梁扭矩的功能。

（二）计算中内力的调整

1.在抗震设计时，为实现强剪弱弯的设计原则，剪力设计值应由实配受弯钢筋反算得到，为了设计方便，高规7.2.6条规定了，把计算组合的剪力乘以增大系数得到设计剪力。对于短肢剪力墙加强层以外的楼层，仍需乘以增大系数。

2. 有转换层的高层结构，建筑的框支柱承受的地震剪力不同，应按照规范的要求取不同的标准值；转换层结构中的薄弱层地震剪力应当乘以1.15的增大系数，并应符合楼层的最小地震剪重比的要求。

3.落地剪力墙的其他部位的弯矩调整，应当按照不同的截面组合计算的弯矩值，乘以相应的增大系数；同时，底部的加强部位应进行剪力的调整，按照各个截面的剪力计算值，再乘以相应的增大系数。

三、剪力墙结构设计的构造要求

在剪力墙结构设计中，应当严格的控制结构的尺寸，保证剪力墙的结构功能稳定，对于剪力墙的结构构件截面尺寸，有如下规定：

1.对于剪力墙的墙体长度，结构中的墙肢长度应当小于8m，这样既可以提高墙肢的延性，避免脆性破坏，同时也避免单片剪力墙承担的水平剪力过大。当墙肢超过8m时，应在墙肢上开设结构洞，把长墙肢分成短墙肢，结构计算按开洞处理。

2.在高层的建筑中，为了保证结构中剪力墙的抗侧刚度和功能稳定性，要控制剪力墙墙体的厚度。对于高层建筑的底部加强部分中，采用“一”字型的剪力墙的厚度应当适量的增加。带转换层结构中，楼板厚度不应小于180mm，并且应当采用双向配筋，在每个转换层的每个方向配筋率都不应小于0.25%，楼板的钢筋应当锚固在墙体或边梁内。同时，落地剪力墙以及筒体外的周围楼板中不宜开洞。另外，在楼板的边缘以及较大洞口的周边应布置边梁，边梁的宽度不应小于楼板厚度的2倍，边梁纵向的配筋率也不应小于1.0%，纵向的钢筋接头应采用机械焊接的方法，而且和转换层邻近的楼板也应当适应的加强。

同时，剪力墙的墙肢轴压比应当进行严格的计算和控制，在剪力墙结构内可采用增加墙柱和配筋的方法老减小剪力墙的厚度。对于底层墙体的基础埋深相对较大的高层建筑，墙体的厚度则不宜采用层高的1／16进行计算，应采用“L、Z、T”型的剪力墙代替一字型的剪力墙，以在保证剪力墙墙体厚度的前提下提高高层建筑的抗震性能。

3.剪力墙底部的加强部位钢筋的配筋应当加强，同时应注意加强的强节点和强锚固。采用型钢的钢筋混凝土柱或者采用钢管混凝土柱，特一级落地剪力墙的底部加强部位的边缘构件也应配置型钢，所配置的型钢应向上下两个方向延伸一层。

结论：剪力墙是高层建筑的主要的抗侧结构，承载着建筑的水平荷载和垂直荷载的作用，同时，也满足了高层建筑的抗震要求。在剪力墙的结构设计中，剪力墙结构平面的布置，墙肢截面的厚度，以及剪力墙的约束边缘的构建等的设计都尤为重要。在设计工作中，要解决好各个方面的矛盾，才能圆满的完成设计的任务。

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