关于剪力墙结构设计的分析

关于剪力墙结构设计的分析田 岗 安贝德（河南省城乡建筑设计院有限公司）摘要： 剪力墙结构的缺点和局限性是很明显的，主要是剪力墙间距太小 ， 平面布置不灵活 ， 不适应于建造公共建筑 ， 结构自重较大 。 在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计层面满足高层建筑的样式创新、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将是未来的目标和方向 。 本文具体介绍了剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用。 关键词：剪力墙；结构设计；建 筑结构设计中图分类号： TU318文献标识码： A文章编号：高层剪力墙结构 ， 墙体应双向或多向布置 ， 形成对承受竖向荷载有利 、 抗侧力刚度大的平面和竖向布局 。 在抗震结构中 、 应避免仅单向 有墙的结构布置形式 ，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙间距不宜太密，宜采用大开间布置 。 剪力墙宜自下到上连续布置 ， 避免刚度突变 。 这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。 1剪力墙结构的基本含义剪力墙结构的定义 ： 剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为 5 8的剪力墙 ； 高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构 ； 剪力墙较多时 ， 应布置筒体 （ 或一般剪力墙 ） ， 形成剪力墙与筒体 （ 或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。剪力墙结构的必要条件：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%。剪力墙结构的下限 ： 当墙较少时 ， 如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的 15% 40%， 则可以按普通剪力墙结构设计 。 下限规范没有规定 ， 用户可以灵活掌握 。 如果在剪力墙结构中 ， 只有个别小墙肢 ， 不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。 2高层建筑剪力墙结构设计计算原则2.1楼层最小剪力系数 (剪重比 )的调整原则 。 在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过加的前提下尽可能 少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度 ，使楼层最小剪力系数接近规范限值 (不小于限值 )。 这样能够减轻结构自重 ， 有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。2.2剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙连梁的跨高比不宜小于 2.5，跨高比小于 2.5的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值 。 高规 规定跨高比不小于 5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于 5的连梁刚度不应折减 。 而跨高比在 5 6之间时，若连梁刚度不折减则也容易出现剪力或弯矩超限。2.3楼层层间最大位移与层高之比 (位移 )的调整原则 。 指规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时 ， 除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。对于一般的高层建筑 ，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形 。 剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的 ， 但竖向构件足够多 (剪重比偏大 )而布置不合理 ， 则会造成扭转变形过大 ，同样不能满足层问位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小 ，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。 3剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用3.1剪力墙合理定位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 j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 T=(0 05-0 06)n，其中 n为结构层数。公式计算出来的 T1值与搭模计算的周期 T2相比较。 TIT2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。 3.2剪力墙厚度确定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， 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。 ”3.3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结构 。 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： 开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢 。 开计算洞 ： 是指在进行结构计算时设有洞 ， 开始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项目。3.4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，而对于四级抗震设汁和非抗震设计时则不应低于0.20070。按照这一原则，笔者设计的位于 9度区的一级抗震剪力墙，墙身分布钢筋配筋率必须大于 0.25。同时应注意这个配筋率是指 “ 水平配筋率 +垂直配筋率 ” 的总称，具体在混凝土结构设计规范中也有具体条款规定。3.5剪力墙连梁超筋的处理剪力墙结构设计中连梁超筋是一种常见现象 。 连梁的超筋 ， 实质是剪力不满足剪压比要求 。 连梁易超筋的部位 ， 一般剪力墙结构中 ， 在总高度的 1/3左右的楼层 ； 平面中当墙段较长时 ， 多在其中部的连梁 ； 某墙段中墙肢截面高度大小悬殊不均匀时 ， 在墙肢处连梁易超筋 。 剪力墙连梁对剪切变形十分敏感 ， 当剪力墙连梁不满足连梁的尺寸要求时，高规 7.225条给出了如下处理方法：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