鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題探討

【摘 要】 本文分析了鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，并對其結(jié)構(gòu)布置、墻肢長度和厚度的選取以及連梁設(shè)計中的問題作了一些分析探討，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】剪力墻 墻肢 連梁 剛度

1 前言

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，高層建筑逐漸成為現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢。20世紀60年代出現(xiàn)的剪力墻結(jié)構(gòu)，由于其抗側(cè)剛度大，能有效的減少側(cè)移，且具有較好的抗震性能。而使其被廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝高層建筑房屋中。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，用鋼量較省，在高層住宅、旅館等居住性建筑中，居室和客房均為小房間，分隔墻較多。采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，可以將承重墻與分隔墻合二為一，相對來說比較經(jīng)濟。另外，室內(nèi)較框架結(jié)構(gòu)簡潔，沒有露梁、露柱現(xiàn)象。外形美觀，便于室內(nèi)布置，使用功能更好，且增大了使用面積。因此受到了開發(fā)商和業(yè)主的廣泛歡迎。

剪力墻由墻肢和連梁兩種構(gòu)件組成。其結(jié)構(gòu)承載力及剛度都很大，側(cè)移變形小，抵抗水平側(cè)移能力強。經(jīng)過合理設(shè)計可做成抗震性能很好的延性剪力墻，無論在非地震區(qū)及地震區(qū)都很適用。

缺點是由于剪力墻最大間距的限制，使建筑平而和使用空間受到一定的局限。結(jié)構(gòu)的延性一般不如框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)自重較大，總高度不大時結(jié)構(gòu)材料耗費可能較多。

3 結(jié)構(gòu)布置中的幾個問題

剪力墻結(jié)構(gòu)中豎向荷載、水平地震作用和風荷載都由鋼筋混凝土剪力墻承受。所以剪力墻的布置應(yīng)在滿足建筑使用要求的前提下，沿結(jié)構(gòu)的主要軸線，盡可能地規(guī)則拉通對稱布置。既要考慮便于梁板等承擔豎向荷載的構(gòu)件的布置，又要盡量使結(jié)構(gòu)剛度對稱，減少偏心，從而減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。同時，應(yīng)注意以下幾個問題：

3.1 避免出現(xiàn)獨立小墻肢

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2002）中規(guī)定： “矩形截面獨立墻肢的截面高度hw不宜小于截面寬度bw的5倍。”一旦出現(xiàn)上述情況，對墻肢軸壓比、配筋等都有嚴格的限制，設(shè)計施工都比較困難。在實際設(shè)計中，獨立小墻肢基本上可以通過合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墻，使小墻肢成為墻體翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于獨立小墻肢，僅當加強配筋即可。

3.2 謹慎采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

近年來興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，既有利于建筑的靈活布置，又可進一步減輕結(jié)構(gòu)自重，比較受業(yè)主歡迎。但由于抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多，為安全起見，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2002）對這種結(jié)構(gòu)作了較嚴格的規(guī)定。幾年的設(shè)計經(jīng)驗表明，短肢剪力墻并不具有經(jīng)濟性。因此，筆者認為，除非在建筑功能有特殊要求的情況下，盡量不要使用短肢剪力墻。設(shè)計中，可適當加長墻肢尺寸，滿足普通剪力墻高厚比大于8的要求，不僅構(gòu)件受力更為合理，而且具有良好的經(jīng)濟效果。

3.3 單片剪力墻剛度不宜過大

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性，細高的剪力墻（高寬比大于2）容易設(shè)計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。此外，單片剪力墻剛度過大，承擔的水平力份額較大，一旦破壞就會出現(xiàn)嚴重后果。同時，墻段長度較小時，墻體的配筋能夠充分的發(fā)揮作用，因此，墻段的長度不宜大于8m。設(shè)計中，可通過開設(shè)結(jié)構(gòu)洞口將長墻分成長度較小的若干段，洞口、連梁宜采用弱連梁（跨高比宜大于6）。

3.4 剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度不宜過大

剪力墻結(jié)構(gòu)剛度很大，一般來說周期較短，相應(yīng)地震力較大，如果剪力墻結(jié)構(gòu)剛度過大，不僅材料消耗多，不經(jīng)濟，而且，地震力過大會使部分墻肢和連梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面設(shè)計困難。一般宜控制剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度能滿足位移限值要求即可。設(shè)計中，可通過減薄墻厚、降低混凝土強度、加大洞口、減小連梁高度、窗下墻改用填充墻等措施來調(diào)整其剛度。

4 墻肢長度和厚度的選取

4.1 墻肢的長度

剪力墻墻肢長度（即墻肢截面高度）一般不宜大于8m。結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延性，細高的剪力墻（高寬比大于2）容易設(shè)計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可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(shè)洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯(lián)肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁（其跨高比宜大于6），使其可近似認為分成了獨立墻段。

4.2 墻肢厚度的選取

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3—2002）第7.2.2條第1 3款規(guī)定了剪力墻的最小厚度，其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性能。

對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，高規(guī)（JGJ 3—2002）規(guī)定其抗震等級應(yīng)比表4.8.2規(guī)定的抗震等級提高一級采用。故除6度區(qū)外，短肢剪力墻的抗震等級至少為一級。對于住宅建筑，填充墻厚一般為200mm，相應(yīng)剪力墻厚也取為200mm。住宅層高一般為2.83m，故墻厚取200mm，除底層加強區(qū)的一字形短肢剪力墻外，均能滿足規(guī)范要求。

對于無地下室的高層住宅，因其基礎(chǔ)埋深一般在2.5m以上，則底層墻體高度會到5.0m以上，若按層高的1/16確定墻厚，將超過300mm，大于填充墻厚度。為避免出現(xiàn)此種情況，在布置剪力墻時，應(yīng)結(jié)合建筑平面，盡量不用一字形剪力墻，而采用L、T、z、十字形等截而形式，且使翼緣長度大于其厚度的3倍，這樣一方面墻體抗震性能更好，另一方面墻厚也可取為剪力墻無支長度的l／16。由于住宅建筑中剪力墻肢長一般小于3.0m，故厚度采用200mm滿足構(gòu)造要求。

5 連梁設(shè)計中的問題

5.1 連梁的作用

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，連接墻肢與墻肢的梁稱為連梁。在水平荷載作用下，墻肢發(fā)生彎曲變形，使連梁端部產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力，同時連梁端部的內(nèi)力又反過來減小與之相連的墻肢的內(nèi)力和變形，對墻肢起到一定的約束作用，改善墻肢的受力狀態(tài)。因此，連梁對于剪力墻結(jié)構(gòu)尤為重要，在起到連接墻肢作用的同時，還對所連接的墻肢起到一定的約束作用。

5.2 連梁設(shè)計的處理方法

在帶連梁的剪力墻設(shè)計中，連梁的跨高比和截面尺寸受到許多因素的影響，設(shè)計不當經(jīng)常出現(xiàn)連梁承載力超限或連梁截面不符合設(shè)計要求的情況，設(shè)計時可從以下方面考慮。

（1）對連梁的剛度進行折減

連梁由于跨高比較小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減小，內(nèi)力重分布。因此，在開始進行結(jié)構(gòu)整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。高規(guī)（JGJ3—2002）中解釋說高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度相對墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設(shè)計困難。

因此，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當開裂（剛度降低）而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上。通常，設(shè)防裂度低時可少折減一些（6、7度時可取0.7），設(shè)防裂度高時可多折剪一些（8、9度時可取0.5）。但折減系數(shù)不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力。

（2）增加剪力墻洞口的寬度、減小連梁高度增加剪力墻洞口的寬度，即增加連梁跨度，減小連梁高度，其目的是減小連梁剛度，同時由于減小了結(jié)構(gòu)的整體剛度，也就減小了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。

（3）增加剪力墻的厚度

增加剪力墻的厚度，即增加連梁的截面寬度，其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加，另一方面連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。由于剪力墻的厚度增加后，地震作用所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁抗剪承載力不超限。

（4）提高混凝上等級

提高剪力墻的混凝上等級，其彈性模量增加的比例遠小于混凝土抗剪承載力提高的比例，因此也有可能使連梁的抗剪承載力不超限。

6 結(jié)束語

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中有很多需要注意的問題，也有一些技巧，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計出既安全又經(jīng)濟適用的優(yōu)秀作品。

參考文獻

[1] 趙西安 《高層建筑結(jié)構(gòu)實用設(shè)計方法>（第二版）.

[2] 潘國雄.小墻肢與翼緣設(shè)計的建議.建筑結(jié)構(gòu).2001.11.