剪力墻設計的幾個問題

摘要：剪力墻也稱為抗震墻，主要是用來承受風荷載或地震作用產生水平剪力的墻體，預防結構剪切遭到破壞。常用于高層建筑、高聳結構以及懸吊結構中，由電梯間、樓梯間、設備和輔助用房的間隔墻圍成，利用建筑外墻和內墻隔墻位置布置的鋼筋混凝土結構墻，屬于下端固定在基礎頂面上的豎向懸臂板。剪力墻的高度一般與整個房屋高度相同，自基礎至屋頂。本文闡述了剪力墻設計的幾個問題。

關鍵詞：結構設計 剪力墻 邊緣結構

隨著社會的發展，經濟水平的提高，住房條件的改善，逐漸興起許多小高層住宅的建設，剪力墻結構成為高層住宅的一種普遍結構形式。高層建筑在功能、形式、高度和空間利用上在不斷發展，在整個設計過程中，應以正確的判斷力來把握剪力墻的設計。新規范對高層建筑的結構設計提出了更高要求，也使高層剪力墻結構設計遇到了許多新的特殊問題。剪力墻豎向荷載在墻體內主要產生向下的壓力，側向力在強體中產生水平剪力和彎矩，具有較大的承受水平剪力的能力。剪力墻房屋通常適用于臨街的住宅、辦公樓等建筑，它既可承重，又可耐寒，使用空間較大，房屋布置靈活，其造價比多層框架房屋經濟，被廣泛采用。設計師絕不能照抄照搬，更不要盲從于電算程序結果，做到實事求是，設計出更經濟、合理、適用的建筑結構。

1 剪力墻的特點

剪力墻也稱抗風墻或結構墻。是房屋構筑物中承受風荷載或者地震作用水平荷載的承重墻體，能夠防止結構剪切的破壞。在立面上剪力墻常常因開門開窗，穿行管道而需要開設洞口，這時應盡量使洞口上下對齊，布置規則，使洞口至墻邊及相鄰洞口之間形成墻肢，上下洞口之間形成梁。規則成列開洞的剪力墻傳力簡捷，受力明確，受力鋼筋容易布置且作用明確，因而經濟指標較好。剪力墻截面特點是墻肢長度遠大于厚度，自身平面內具有很大的剛度和承載力，平面外剛度和承載力都相對較小，墻肢屬于偏心受壓或偏心受拉構件。剪力墻一般高和寬尺寸相對較大，厚度相對較小，受力形態接近于柱，和柱的區別是其長度與厚度的比值，當比值小于或等于4時可按柱來設計，當墻肢長和肢寬之比略大于4或者略小于4時，就可以視為為異形柱，按雙向受壓構件進行設計。抗震設計時，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%。剪力墻的優點是側向剛度較大，在水平荷載作用下側移小，樓蓋采用平板結構，不設梁，所以較好地利用了空間，能夠節約層高。缺點是剪力墻的間距受到一定限制，建筑平面布置缺少靈活，結構自重較大。特別適用于高層住宅、公寓和旅館建筑。

2 剪力墻的種類

2.1 整體墻剪力墻

剪力墻不設門窗洞口或只有少量很小的洞口，忽略洞口的存在，門窗洞口面積之和不超過剪力墻側面積的17%，并且洞口間凈距及孔洞到墻邊的凈距大于洞口長邊的尺寸。設計時盡量將豎向鋼筋分布在墻肢兩端，墻肢法向應力呈線性分布，破壞形態似偏心受壓柱。

2.2 小開口整體剪力墻

受洞口的影響，墻肢間應力分布不是直線，墻肢中已出現局部彎矩，但偏離不大。可以在整體墻計算方法的基礎上加以修正。

2.3 連肢墻

剪力墻上開有一列或多列洞口，由一系列連梁約束的墻肢組成，且洞口尺寸相對較大，洞口面積超過墻體總面積的16%，各墻體由連梁連接，墻肢單獨作用明顯，連梁中部出現反彎點，可以采用連續化方法近似計算。

2.4 框支剪力墻

當底層剪力墻需要大空間時，可以采用框架結構支撐上部墻體。地震區，不能夠采用純粹的框支剪力墻結構，考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析進行墻的設計計算，算得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力進行驗算，采用有限元法借助于計算機進行計算。

3 設計時應注意的事項

剪力墻設計時，根據各型墻體的結構特點和受力特征的不同，墻體內力分布狀態以及其破壞形態，科學地設計配筋和構造措施。在建筑結構設計中，剪力墻結構具有延性，細高的剪力墻容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻，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，可通過開設洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯肢墻，使其可近似認為分成了獨立墻段。在高層剪力墻承載力計算時，對帶翼墻的計算寬度按以下情況取最小值。即：墻體的間距和門窗洞口間的翼緣寬度，剪力墻墻肢總高度的1/10，剪力墻厚度加兩側翼墻厚度各6倍的長度。根據墻體特點和受力特征、剪力墻內力分布狀態、破壞形態，設計配筋和構造措施。

3.1 優化結構設計，降低工程造價

結構設計的局部構件設計原則要符合整體設計原則，局部構件可以根據結構受力進行加強處理，不能低于整體設計的最低要求。優化設計是在保證結構安全的前提下，通過設計人員自身的概念、經驗、悟性、判斷力和創造力對結構方案進行優化，以控制工程造價，滿足投資方的經濟要求，或在造價基本不變的情況下，增加建筑物的使用面積、改善建筑物結構的使用功能。在剪力墻結構中，墻是一個平面構件，除了承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔著墻的豎向壓力。

3.2 剪力墻結構的厚度和配筋

剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近，避免“一”字形剪力墻設計。當建筑結構較高較長時配筋宜要適當增加，在連梁部位或溫度、剛度變化等極其敏感部位適當增加配筋。墻體豎向鋼筋起抗彎作用，豎向最小配筋率包括邊緣構件中的鋼筋，鋼筋間距≤300mm，謹防豎筋過多使墻體的抗彎強度大于抗剪強度，不利于抗震。短肢墻在抗震設防烈度為八度區不宜使用。

3.3 剪力墻結構的超長

較長的墻體留設結構洞，洞用輕質墻體填充，可有效地減小剪力墻結構的剛度。

3.3.1 如果剪力墻結構剛度大，混凝土結構受溫度或收縮徐變的影響等諸多因素有關，混凝土收縮、徐變產生變形較大，剪力墻墻體對樓面產生的約束就大；當墻體結構發生收縮變形時，易出現裂縫。所以難于解決混凝土收縮變形時，保證不出現裂縫。

3.3.2 混凝土收縮種類很多，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。

3.3.3 使用普通商品混凝土泵送施工，為了利用泵送，增大水泥含量，人為地減少中粗骨料含量和骨料粒徑，加之泵送混凝土配合比和施工送料時的不良因素影響，加大了混凝土結構收縮量，增加產生裂縫的機會。如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。

3.4 剪力墻的邊緣構造

在矩形剪力墻兩端設置約束邊緣構件，能夠顯著地提高墻體的延性，也能夠防止剪力墻發生水平剪切、滑動，有效地提高了抗剪能力，增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性。根據剪力墻的結構類型和受力狀況，對墻兩端和洞口兩側加強邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強部位要求分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩類。構造邊緣構件(如端柱)僅在矩形柱范圍內布置縱筋和箍筋，類似于框架柱。約束邊緣構件的抗震性能要高于構造邊緣構件。

總之，現代建筑的發展趨勢是高層建筑，剪力墻結構具有整體性好，側向剛度大，抗側力性能好的特點，而且沒有梁，柱等外露與凸出，便于房間內部布置，使其被廣泛應用于高層鋼筋混凝土房屋中。在剪力墻結構設計中，對這些薄弱環節，更應加強概念設計和抗震構造措施。

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