淺談剪力墻結構設計

陳志江

（吉安市建筑設計規劃研究院，江西 吉安 343000）

近年來，隨著人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，普通框架結構和框架——剪力墻的露柱構件對建筑空問的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間使用和立面美觀的要求。純剪力墻結構既可以保證結構安全可靠性，又可以使室內空間合理墻面平整，所以高層建筑結構中便越來越多地采用剪力墻結構，剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結構，但比框剪結構的剛度分配、內力分配更合理，結構的變形協調導致的豎向位移差別，也比框剪結構小，傳基礎荷載更均勻、合理。這樣的結構形式能使建筑取得較好的經濟效果和建筑功能效果。

1 剪力墻結構的基本含義

剪力墻結構的定義：①剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻；②高層建筑結構不應采用全部剪力墻的剪力墻結構；③剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構。

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%。

剪力墻結構的下限：當墻較少時，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結構設計。下限規范沒有規定，用戶可以靈活掌握。如果在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。

2 高層建筑剪力墻結構設計計算原則

2.1 樓層最小剪力系數(剪重比)的調整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過加%的前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數接近規范限值(不小于限值)。這樣能夠減輕結構自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工程造價。

2.2 剪力墻連梁超限的調整原則。剪力墻連梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5的連梁很容易出現剪力和彎矩超過規范限值?！陡咭帯芬幎绺弑炔恍∮?的連梁宜按框架梁進行設計。即跨高比不小于5的連梁剛度不應折減。而跨高比在5～6 之間時，若連梁剛度不折減則也容易出現剪力或彎矩超限。

2.3 樓層層間最大位移與層高之比 (位移)的調整原則。指規范規定多遇地震作用標準值產生的樓層最大的彈性層間位移在計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結構整體彎曲變形，應計入扭轉變形。對于一般的高層建筑，重點是樓層間的剪切變形及扭轉變形。剪切變形的控制是以豎向構件的多少來決定的，但豎向構件足夠多(剪重比偏大)而布置不合理，則會造成扭轉變形過大，同樣不能滿足層問位移的要求。因此，對于高層建筑應盡可能使扭轉變形最小，而不能僅根據層間位移不夠不加分析地增加豎向構件的剛度。

3 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

3.1 剪力墻合理定位

剪力墻最好沿主軸方向或其他方向進行雙向布置；對于抗震設計的剪力墻結構應特別避免僅單向有墻的結構布置形式。1)對一般的矩形、L 形、T 形等平面則沿著兩條軸線的方向進行布置。2)對于部分j 角形平面、Y形平面則可以沿其三個軸線方向布置。3)對正多邊形，圓形及弧形平面可沿徑向及環向布置。總之剪力墻的平面布置應本著盡可能均勻、對稱的原則，盡量使墻面結構的剛度中心和質量中心完全重合，從而減少扭矩。而內外剪力墻應盡量拉通、對直。剪力墻肢截面宜簡單、規則。剪力墻的抗側力剛度不宜過大。為充分發揮剪力墻的抗側力剛度和承載能力，增大剪力墻可利用空間，剪力墻的間距不宜太密，使結構具有適宜的側向剛度。判斷結構側向剛度與剪力墻數量的適應程度，可以選用經驗公式 T=(0.05-0.06)n，其中 n 為結構層數。公式計算出來的T1 值與搭模計算的周期T2 相比較。TI>T2 則表示剪力墻偏多，可適當減少剪力墻數或開些適合的大洞來減小墻的剛度，反之則需要增加剪力墻數量。

3.2 剪力墻厚度確定

《高層建筑混凝土結構技術規程》中對剪力墻的截面尺寸具體規定“按一、二級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度,底部加強部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1／16，且不應小于200mm，按三、四級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/20，且不應小于160mm，其他部位不應小于層高或剪力墻的1／25，且不應小于 180mm。”

3.3 剪力墻中大墻肢處理

剪力墻的結構必須具備延展性，對于呈細高狀的剪力墻(高寬比大于2)很容易被設計成彎曲破壞的延性剪力墻，這樣一來可以避免受到脆性的剪切破壞。在墻長度較長的情況下，為滿足每墻段的高寬比均大于2，可以通過開洞的方式分割長墻為小而均勻的獨立墻段。除此以外，在墻段長度較小時其受彎產生的裂縫寬度較小，可以充分發揮墻體配筋的支撐作用。而對于剪力墻結構中，存在較少的長度大于8m的大墻肢，在理論計算中樓層的剪力大部分由這些大墻肢來承受。

在發生地震特別是超烈度等強烈震動時，最容易受到破壞的便是這些大墻肢。小墻肢因沒有足夠的配筋，使整個墻面結構會受到全面破壞結構。為避免這種不利現象的發生，對于超過8m的墻肢長度，可以采取以下兩種處理方法：①開施工洞：殲施工洞即在施工時墻上留洞，完工時砌填填充墻，把長墻肢分成短墻肢。②開計算洞：是指在進行結構計算時設有洞，開始施工時仍為混凝土墻。但通過這樣的計算方式，可以加強其它小墻肢的配筋能力。這種方式主要適用于地下室外墻等不易實施開洞的項目。

3.4 剪力墻墻身鋼筋的分布及構造要求

《高規》中規定一般剪力墻豎向和水平分布筋的配筋率，在一、二、三級抗震下設計時不應低于0.25%，而對于四級抗震設汁和非抗震設計時則不應低于0.20070。按照這一原則，筆者設計的位于9 度區的一級抗震剪力墻，墻身分布鋼筋配筋率必須大于0.25%。同時應注意這個配筋率是指“水平配筋率+垂直配筋率”的總稱，具體在《混凝土結構設計規范》中也有具體條款規定。

3.5 剪力墻連梁超筋的處理

剪力墻結構設計中連梁超筋是一種常見現象。連梁的超筋，實質是剪力不滿足剪壓比要求。連梁易超筋的部位，一般剪力墻結構中，在總高度的1／3 左右的樓層；平面中當墻段較長時，多在其中部的連梁；某墻段中墻肢截面高度大小懸殊不均勻時，在墻肢處連梁易超筋。剪力墻連梁對剪切變形十分敏感，當剪力墻連梁不滿足連梁的尺寸要求時，《高規》7.2.25 條給出了如下處理方法：

3.5.1 減小連梁的截面高度。

3.5.2 抗震設計的剪力墻中連梁彎矩及剪力可進行塑性調幅。

3.5.3 當連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下結構內力分析，墻肢應按兩次計算所得的較大內力進行配筋計算。當第l、2 種措施不能解決問題時，可采用第3 種措施來處理，即假定連梁在大震下破壞，不再約束墻肢。另外，可在易超筋的部位，連梁按鉸接處理進行整體計算，但應注意結構層間位移比尚需滿足規范要求。

[1] 呂文，錢稼茹.基于位移延性剪力墻抗震設計[M].建筑結構學報，1999.3.

[2] 高層建筑混凝土結構技術規程.中國建筑工業出版社.

[3] 袁端眼，虞煥新.工程結構[M].同濟大學出版社.