論底框結構剪力墻的布置原則和方法

摘要：剪力墻主要承受風荷載或地震作用所產生的水平剪力的墻體。底框結構剪力墻主要結構是框架，既由梁柱構成，很小一部分是剪力墻，墻體全部采用填充墻體。底框結構因其特殊的建筑形式，目前在一些中小型城市抗震設計中得到廣泛應用。本文探討了底框結構剪力墻設計中布置原則和方法。

關鍵詞：底框結構 剪力墻 布置原則 方法

0 引言

越來越多的剪力墻結構小高層住宅樓拔地而起，這些剪力墻結構小高層住宅樓在質量上還存在著一些通病，主要表現為剪力墻板混凝土成型質量差、混凝土實體回彈檢測強度不高等。剪力墻又稱抗風墻或抗震墻、結構墻。房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載為主的墻體，防止結構剪切破壞。對于12～16層的小高層建筑結構，采用既可以保證結構的剛度、位移，又可以使室內空間方正合理。所以剪力墻結構得以普遍應用。底框架結構中的剪力墻既是承擔豎向荷載的主要構件，又是承擔水平力的主要構件，在地震中起第一道防線的作用。所以在設計時要考慮底部剪力墻承擔100%的水平地震作用，而框架只承擔小部分的地震力作為安全儲備。下面就談談底框結構剪力墻的布置原則和方法。

1 剪力墻及其結構的內涵

剪力墻是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。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，因為這類墻體具有較大的承受水平力（水平剪力）的能力，固被稱為剪力墻。即能抗住水平力（剪力）的墻（混凝土結構）。剪力墻不能隨便拆除，剪力墻任意拆除會帶來建筑物的安全隱患。剪力墻常見于10層以上的建筑物，特別是電梯間的墻，還有樓房邊角處的較為完整的墻體（門窗洞口較少），10 層以下的建筑，一般沒有剪力墻。剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻體構成的承重體系。剪力墻結構指的是豎向的鋼筋混凝土墻板，水平方向仍然是鋼筋混凝土的大樓板搭載墻上構成的一個體系。能有效控制結構的水平力，剪力墻結構抗側剛度較大，發生的變形基本為彎曲型變形。此種變形由正應力引起，變形時一側受拉一側受壓（框架結構抗側剛度較小，層間變形隨層高上升而減小，發生的變形基本為剪切型變形，由剪應力引起）。剪力墻結構的必要條件：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%。

2 底框結構剪力墻的布置原則

剪力墻結構是利用建筑物墻體作為建筑物的豎向承載體系。由梁和柱為主要構件組成的承受豎向和水平作用的結構就是框架結構。由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結構就是剪力墻結構。由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結構就是框架剪力墻結構。底框結構是我國現階段經濟條件下特有的一種結構，具有“頭重腳輕”、上剛下柔、的特點，為保證實現“小震不壞，中震可修，大震用不倒”的抗震原則，在我國內地及廣大中西部地區臨街建筑中普遍采用。《建筑設計抗震規范》（GB50011-2001）明確規定了底層框架第二層與底層側向剛度比，6、7度時不能大于2.5，8度不能大于1.5，且均不能小于1，想要達到這一目標，就必須在底部框架中布置一定數量的的抗震墻。

2.1 “一”字形平面布置

在剪力墻抗震設計中，應盡可能設計簡潔、規則的建筑平面，建筑結構的剛心與質心相一致，并用來減少地震作用下結構產生的扭轉效應。剪力墻結構中所有豎向荷載和水平力都由鋼筋混凝土墻體承受，所以剪力墻應該沿著平面主要軸線方向布置。由于底框結構的剪力墻屬于低矮墻，抗剪剛度很大，墻肢的布置較長、平面形式復雜多樣，經常出現局部剛度過大，受力過于集中的現象，有時會出現只布置極少的剪力墻就滿足上下層抗側剛度比限值的情況。所以，剪力墻的方案布置、墻量的多少、墻片的大小應該符合要求。剪力墻以處于受彎工作狀態時，才能有足夠的延性，所以剪力墻應當是高細的。剪力墻如果太長時，會形成低寬剪力墻，就會由受剪破壞，剪力墻呈脆性，不利于抗震。剪力墻要沿兩個正交的主軸方向依次布置，堅持“均勻、對稱、周邊、分散”的原則來布置剪力墻。墻片高寬比1.5左右為宜，墻片平面不要采用提高抗側剛度的“Ｌ”“Ｔ”等平面形式，而是應該采用“一”字形布置。因為只有弱化每一單片剪力墻的剛度，才有可能實現均勻分散多道設防的抗震目標。

2.2 滿足高度和層數的限值

縱向抗震墻應在外縱軸布置開窗洞的抗震墻或剪力墻，這樣能夠增強橫向抗傾覆的能力，避免剪力墻邊柱產生過大的壓力和拉力。底層框架剪力墻間距要滿足最大橫墻間距限制，2001版《規范》中有明確規定，6、7度時不應大于2.5，8 度時不應大于2.0，且均不應小于1.0。底層與底部第二層側向剛度應接近，第三層和底部第二層側向剛度的比值，6、7度時不應大于2.0，8度時不應大于1.5，且均不應小于1.0。控制剪力墻的最大間距，符合設計規范的要求。房屋的總高度指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度，半地下室從地下室室內地面算起。全地下室和嵌固條件好的半地下室應允許從室外地面算起；對帶閣樓的坡屋面應算到山尖墻的1/2高度處，室內外高差大于0.6米時，房屋總高度應允許適當地增加，但不要超過1米。底部框架抗震墻房屋的底部和內框架房屋的層高，不應超過4.5m。同一軸線上的連續剪力墻過長時，應用樓板或小連梁分成若干個墻段，每個墻段的高寬比應不小于2。每個墻段可以是單片墻，小開口墻或聯肢墻。每個墻肢的寬度不宜大于8.0m，以保證墻肢是由受彎承載力控制，充分發揮豎向分布筋的承重作用。計算內力時，不考慮墻段之間的樓板或弱連梁的作用，每個墻段作為一片獨立剪力墻進行計算。

2.3 底層框架柱網的設置方法

框剪結構，它是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合，吸取了各自的長處。用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能夠承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制框架結構的水平力，底層為框架形式，在底層內柱縱、橫軸線的內、外墻中均設柱，縱橫兩向形成框架。底部框架結構的柱網在7.5ｍ左右，框架梁上懸墻數目不應超過一道。控制框架梁上僅設有一道懸墻，柱網過大會使梁斷面及配筋出現異常現象，限制框架梁上的懸墻數目，柱網尺寸。

3 底框結構剪力墻的布置方法

首先考慮建筑物的周邊，可以從四角到四邊均勻布置，然后考慮樓電梯間，再考慮一些平面轉角處，最后看看剪力墻間距較大的位置中間點綴一兩片墻。剪力墻宜短不宜長，在開始布置時只要滿足一般剪力墻的最小長度即可，后面可以根據計算要求逐漸加長。剪力墻應沿2個主軸方向都有布置，使之形成直角更好地發揮抗震作用。底框結構剪力墻的設置應與上部砌體結構相協調，抗震設計的原則是沿樓層間側移剛度應均勻變化，而不允許各層間發生突變。底部框架－剪力墻部分為兩層的磚混底框結構，可以通過開設洞口的方式形成高寬比大于2的若干墻段。剪力墻結構的樓蓋結構一般采用鋼筋混凝土平板，可不設梁，這樣可節約層高。

總之，隨著城市化發展以及建筑用地的緊張，高層建筑將日益增多。有抗震設防的高層建筑結構設計，要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。有足夠剪力墻或有核心筒的建筑，對維持整體穩定有利，并很大程度上減弱框架的受力，對一般建筑盡可能做框剪結構，避免做純框架結構，以節約建筑材料。

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