剪力墙结构设计中相关问题

剪力墙结构设计中相关问题探讨

摘要：近年来很多住宅建筑结构设计中采用了短肢剪力墙结构，其结构形式具有布置灵活、使用方便的等特点，日益受到开发商和设计人员的青睐。本文结合短肢剪力墙结构设计要点及其构造进行分析，阐述了短肢剪力墙结构的性能及优缺点，可供参考。 关键词：结构形式；受力性能；剪力墙 0 引言

当前，住宅建筑由于受到场地和造价的限制。开发商和设计人员大都采用高层钢筋混凝土结构，作为高层结构，其结构形式是多种多样的。其中，框架结构因为梁、柱肥大而影响房屋美观和导致使用面积减少，剪力墙结构中有些地方满足了结构设计需要的剪力墙又限制了房间的分隔，因而影响了其使用功能。所以，都不能满足住宅用户的需求，而短肢剪力墙结构克服了其它结构形式的不足，有布置灵活、使用方便的等特点，日益受到青睐。 1短肢剪力墙结构体系的优点

(1)符合建筑的需要：连接各墙的梁，位于隔墙竖向平面内，属隐蔽型，利用隔墙位置来布置竖向构件，使结构受力需要与建筑使用功能较好地统一起来，避免了框架结构中梁柱突出墙面的问题。当下部层数要求为大空间时，较易通过转换结构来处理上下结构的关系。

(2)结构布置灵活：墙的数量可多可少，肢长可长可短，根据抗

侧力的需要而定，还可以通过不同的尺寸和布置调整刚度及刚度中心的位置。

(3)节能降耗：由于减少剪力墙而代之以轻质砌体，房屋自重可以减轻，地震作用也随之减小，因而有利于降低造价。另外，由于外墙墙面相当一部分面积采用了轻质保温材料，代替钢筋混凝土墙面，房屋的保温隔热性能也得到改善，这有助于建筑节能目的的实现。

2短肢剪力墙的受力性能与结构计算

剪力墙根据整体性系数a及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为3类[1]：

(1)满足a≥10，in／i≤z时，为整体小开口墙，它的整体性很强，墙肢不出现反弯点，变形以弯曲变形为主。

(2)满足a<10时，in／i≤z，为联肢墙，它的整体性不很强。墙肢不出现或很少出现反弯点，变形仍以弯曲变形为主。 (3)满足a≥10，但in／i＞z时，结构的梁、柱刚度比大，整体性很强，墙肢大多出现反弯点，按壁式框架考虑。 其中in=∑airi2，i=in+ ij，ij =∑iji

式中，ai，iji分别为墙肢i的面积和截面的惯性矩；ri为墙肢i的截面形心至组合截面形心的距离。

为使短肢剪力墙结构的墙肢的受力性能和变形性能优于异形柱。尽量不把短肢剪力墙设计成壁式框架，考虑到短肢剪力墙小墙

肢、大洞口的特点，不适合设计成整体小开口墙结构，所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结构设计为a<10，in／i≤z的联肢墙。

在实际工程设计中，设计人员多使用tat或satwe等程序来进行剪力墙结构的结构计算，tat采用薄壁杆件单元模拟剪力墙，对于楼板采用刚性假定，satwe采用的是在每个节点有6个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，不仅具有墙所在平面内的刚度，也具有平面外刚度。对于楼板，satwe考虑其弹性变形，对于肢长较长的短肢剪力墙结构，应采用后者进行计算更符合实际情况。

3结构布置及特点

短肢剪力墙属于剪力墙的一种，所谓“短肢”剪力墙，即指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙[2]。小墙肢剪力墙的布置，通常结合窗间墙位置及房间四角等布置成“一”字形、“l”形、“t”形或“十”字形墙段。沿结构平面均匀布置，尽量做到对齐、拉直，使结构的刚心和质心结合，减少其扭转。短肢剪力墙的抗侧刚度相对较小，所以，经常在楼、电梯周围布置普通剪力墙，形成筒体和短肢剪力墙共同抵抗侧力，在抗震设计中，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部地震倾覆力矩的50％[2]。也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置，短肢剪力墙的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘角部处的墙肢，当有扭转

作用时，会加剧墙肢的变形，使角部墙肢首先开裂，所以，设计时应采取必要的措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率等，以保证结构的安全性、实用性。而对由于较大的竖向荷载和剪力使底部外围墙肢产生开裂，也应通过增加墙厚和配筋量等方法防止。 各墙肢是通过连梁连接，形成联肢墙，从而增加了墙肢的约束条件，提高了墙肢和结构的抗震性能。当梁的跨高比小于5时，按连梁进行设计，大于5时，应按框架梁进行设计，连梁的刚度变化，直接影响了结构的总体抗侧移刚度，合理地选择梁的截面和配筋，有利于提高结构的抗震性能。设计连梁时，必须遵循几条原则： (1)应避免连梁剪切破坏先于弯曲破坏，设计时满足强剪弱弯的要求。

(2)依照“强柱弱梁”延性框架结构的设计原则，将小墙肢剪力墙结构设计为“强墙肢弱连梁”的延性结构。

随着连梁的刚度增大，结构的地震作用也增大，最终导致连梁和墙肢的内力增大，所以，必须增大构件的配筋量，但结果是造成浪费，甚至构件超筋而无法施工。因此，在住宅设计时，不宜采用窗下墙作为连梁。因为窗下墙高度很大，形成刚度很大的剪切块，不利于结构的抗震设计，所以，宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连粱。 4构造

短肢剪力墙结构的截面设计及构造措施，应遵循《建筑抗震设

计规范》(gb50011—2001)[3]中有关章节的规定进行设计。剪力墙截面的设计，应通过正截面偏心受压、偏心受拉的计算，在满足最小配筋率要求的前提下，确定墙肢端部的受力钢筋，即约束边缘构件或构造边缘构件的纵筋，由斜截面抗剪计算出墙肢腹板水平分布钢筋。

在抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉，如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢会出现水平通缝而失去抗剪能力，且由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足，因此，应当避免墙肢出现小偏心受拉。 在一个墙肢出现大偏心受拉时，因水平裂缝较大，它承受的部分剪力也会向另一墙肢转移，这时可将另一墙肢的剪力及弯矩设计值乘以增大系数1.25[4]，以提高其抗剪承载力。

墙体除了受弯、受剪计算外，在集中荷载作用下，还应进行局部受压承载力计算。在实际的设计工作中。除了常规的设计方法外，也可以不设置端部暗柱，受力钢筋仍然置于墙肢的端部，腹板竖向分布钢筋按设计配筋率均匀放置，将水平分布钢筋做成封闭箍筋，类似于异形柱配筋的形式，可降低施工难度，配置环形封闭水平筋并配置水平拉筋后，可增加对混凝土的约束，有利于提高混凝土墙肢的延性。

剪力墙的连梁应进行斜截面受剪和正截面受弯承载力计算。连梁的正截面配筋，按矩形截面构件计算，取上、下配筋的较大值，

按对称配筋置于梁截面上、下部位。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿全跨加密设置。

对于个别连梁，因其跨度小，刚度很大，地震作用下允许连梁局部开裂，可将连梁的刚度予以折减。抗震设计的剪力墙的连梁弯矩及剪力也可进行塑性调幅。以降低其剪力设计值。若在内力计算时已经折减连梁的刚度，则调幅的范围应当受到限制或不再进行调幅，以避免在使用状况下连梁中裂缝开展过早、过大。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。

5短肢剪力墙结构的适用原则

短肢剪力墙应均匀、规则，数量适中，每层剪力墙截面面积总和不少于楼层面积的4％左右，在房屋四角以及平面外凸和内凹部位应布置短肢墙，各墙肢应尽量对齐、拉通，每道剪力墙宜有两个方向的梁与之连接，梁应布置在墙肢竖向平面内，与墙等厚。剪力墙洞口宜上下对齐，避免墙肢刚度相差过大，短肢墙上不宜开设消火栓、配电箱等大洞口。短肢剪力墙体系的组成构件较多，且布置一般不规整，所以作整体分析时宜采用三维分析方法。其中竖向构件采用墙元模型更为合理。短肢剪力墙间的连梁作为连梁计算，不宜当做整片墙开洞口处理。高层短肢剪力墙结构在地震作用下以整体弯曲为主，底层外围懂得墙肢截面面积小且承受较大的竖向荷载，故应适当增加肢厚或提高其混凝土强度等级，使其轴压比控制

在规范允许的范围内(0．5—0．7)，且应增加小墙肢的延性的抗震构造措施。