框架-剪力墻結構中剪力墻的設計

朱孝弟， 樊曉鵬

1 煤炭工業鄭州設計研究院有限公司（450000） 2 北京光輝偉業房地產開發有限公司（102100）

1 確定剪力墻的厚度

在框剪結構中,剪力墻宜有邊緣約束構件即:邊框柱和邊框梁。規范中規定帶邊框剪力墻的截面厚度為:①抗震設計時,一、二級剪力墻的底部加強部位的厚度均不應小于200mm，且不應小于層高的1/16；②其他情況不應小于160 mm,且不應小于層高的1/20。邊框梁的寬度宜與墻同厚,高度可取墻厚的2倍。所以一個合理的剪力墻厚度具有結構安全、經濟合理等特點。鑒于此,剪力墻的厚度在滿足層高的1/16或者1/20的前提下,取200mm為宜。在這里應該強調的一點是,一般情況下由于基礎的埋置深度比較大而導致底層的層高比較高,從而也就要求底層剪力墻的厚度比較大。

2 剪力墻的數量及長度

在一些計算信息如:結構在地震作用下的周期、層間位移角等等,都相對較容易滿足。在這其中應當注意對框架柱和剪力墻各自承擔的傾覆彎矩之間比例的控制,當剪力墻承擔的傾覆彎矩大于50%的框架傾覆彎矩時，才可以把這種結構的計算模型選為框架—剪力墻結構。在確定了剪力墻的面積和厚度之后,剪力墻的長度自然就知道了，即L=A/h。剪力墻應具有延性,寬高比大于2的墻體(細高的墻體),容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻,從而避免脆性的剪切破壞。當墻的長度很長時,為了滿足每個墻段高寬比大于2的要求，可以通過開設洞口將長墻分成長度較小,且均勻的聯墻肢或整體墻,由于開洞而形成的洞口連梁宜采用約束彎矩較小的連梁(跨高比宜大于6)連接,使墻段本身近似認為分成了獨立墻段。另外,連梁兩端所連接的剪力墻較長,剪力墻與連梁形成一個整體,剛度較大,所吸收的水平地震力也較大,連梁作為剪力墻之間的傳力構件,就容易出現剪切超限。此時可考慮將洞口開得大一些,以減小連梁兩側的剪力墻長度,其受彎產生的裂縫寬度較小,所以墻體的配筋能夠充分的發揮作用。因此墻段長度不宜大于8m。

3 剪力墻的布置原則

3.1 剪力墻的平面布置原則

剪力墻的平面布置原則是均勻、分散、對稱、周邊布置。均勻、分散原則是要求每片的剪力墻剛度不要太大,連續尺寸不要太長,使剪力墻的數量多一些,分散一些,每一片墻肢的彎曲剛度適中,不會因為個別墻肢的局部破壞而影響整體的抗側力性能。剛度愈大的墻肢承擔、吸收的荷載也愈大,同樣也要考慮墻肢開洞,來減輕個別墻肢的剛度集中問題。周邊原則是為了使建筑物的剛度中心和平面形心盡量吻合,保證建筑物抗扭能力。在周邊布置的剪力墻,其抵抗扭轉的內力臂較大,在剪力墻數量比較合適的情況下,不需增加剪力墻數量來滿足使用要求,節約了造價,又起到了很好的抗扭效果。剪力墻的布置在應力易集中處(平面形狀出現變化的地方),即端部轉角處、凸凹角處等等。

3.2 剪力墻的豎向布置原則

剪力墻在豎向宜沿建筑物全高設置,盡量不要隨意中斷,但基于建筑的功能要求必須中斷剪力墻時,在轉換層要采取加強措施。國外有的規范中也提到,由于需要必須中斷剪力墻時對結構的側移剛度不會造成太大的影響,對頂部的位移影響也很小,并且認為轉換層的結構構件的截面設計只與分配到的絕對地震作用有關,也不必要采取特殊的加強措施。這樣將減少混凝土用量,降低工程造價。但在實際工程設計中,只能在嚴格遵守國家現行行業規范、強制性條文以及強制性標準的前提下進行設計。國外先進的經驗,只能做為參考,未必能在實際工程中得到應用。剪力墻宜在兩個主軸方向組合布置成L形、T形以及口字形的筒體，盡量避免一字形墻的出現,這樣可以提高剪力墻身的剛度,但單片長度較長的剪力墻(不小于8m)宜開洞處理,在建筑使用功能中不要求該處出現洞口時,需要用填充墻體填充處理(墻體厚度與剪力墻同)。洞口在豎向上,宜對齊處理,洞口兩側應按先行規范設置邊緣構件,采取加強措施,滿足使用功能的要求。

4 結語

在對建筑進行合理的結構選型之后,對結構形式進行優化。在優化的過程中需要的是反復的調整與計算,對計算結構進行分析。關于在框架—剪力墻結構中剪力墻的設計,應該在合理的利用規范中提供的前提條件下,盡量滿足建筑(平面布置等)和甲方的要求。框架-剪力墻結構中,框架與剪力墻起到了很好的互補作用,對于一些抗震要求較高的地區是比較適合的結構形式。

[1]GB50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[2]JGJ3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3]楊嗣信.高層建筑施工手冊[M].