浅谈建筑设计中的剪力墙结构设计
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浅谈建筑设计中的剪力墙结构设计摘要：本文论述了剪力墙设计中的基本概念、剪力墙的边缘构造、剪力墙结构的厚度和配筋问题及剪力墙的边缘构件范围等内容。
关键字：结构设计，剪力墙，剪力墙构件，剪力墙设计
中图分类号： tu398+.2 文献标识码： a 文章编号：
1 剪力墙设计中的基本概念
1.1 墙体作为承受竖向荷载及水平荷载的结构，称为剪力墙结构。
特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移变形小。
缺点是平面布置不灵活，较难满足公共建筑使用要求，结构的自重较大，结构延性较差。
1.2 剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力或拉力，在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作。
其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁，剪力墙结构在水平力作用下侧向变形是弯曲型。
1.3 短肢剪力墙较多的剪力墙结构
a、剪力墙截面高度与厚度之比大于4、小于8时为短肢剪力墙。
当剪力墙截面厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，高度与厚度之比大于时仍属一般剪力墙。
b、短肢剪力墙较多的剪力墙结构是指短肢剪力墙的截面面积占剪力墙总截面面积的50％以上。
其房屋的最大适用高度应比《高规》jgj107-2002表4.2.2规定的剪力墙适用高度降低20％。
如果结构
中仅有少量的短肢剪力墙，不应判断为短肢剪力墙较多的剪力墙结构。
c、高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。
短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。
d、抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比其他条件相同的剪力墙提高一级，重力荷载代表值作用下的墙肢（包括无翼缘或端柱的一字墙）轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不应大于0.5、0.6和0.7，底部加强部位墙肢边缘约束构件的纵向钢筋配筋率不应小于1.2％，其他部位不应小于1.0%。
1.4 剪力墙底部加强部位
一般剪力墙结构在水平地震作用下，竖向相当于箱形悬臂梁，其变形呈弯曲形，短肢剪力墙结构视短肢墙数量多少，变形呈弯曲形或弯剪形。
剪力墙结构底部加强位置是容易屈服的部位，类似框架梁端箍筋加密区，所以要加强。
抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可按墙肢总高度的1/8和底部两层中的较大者，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。
底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。
带有地下室的剪力墙结构，如地下室顶板能作为上部结构的嵌固部位时，剪力墙底部加强部位的高度应从地下一层顶板算起，地
下一层按加强层部位设计，地下二层可不必按加强部位设计。
如地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，通常地下一层底板处可基本满足，剪力墙底部加强部位的高度应从地下一层底板算起，地下二层可不必按加强部位设计。
2 剪力墙的边缘构件范围
2.1 一级和二级剪力墙底部加强部位及相邻上一层的高层建筑及在重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不小于表1规定的多层房屋，应设置约束边缘构件。
一级和二级剪力墙底部加强部位以上的一般部位和三、四和非抗震设计的高层建筑及底部加强部位及相邻上一层轴压比小于表1规定的多层房屋剪力墙，应设置构造边缘构件。
表1
2.2 框支剪力墙结构剪力墙底部加强部位，墙体两端宜设置翼墙或端柱，抗震设计时应设置约束边缘构件。
3 剪力墙结构的墙体厚度
3.1 剪力墙结构中剪力墙截面的最小厚度应满足表2要求
表2
注：表中符号h为层高或无支长度二者中的较小值，h为层高规定剪力墙最小厚度的目的是保证剪力墙平面外的刚度和稳定性。
当墙平面外有与其相交的剪力墙时，可视为剪力墙的支承，有
利于保证剪力墙平面外的刚度和稳定性，故可在层高或无支长度二者中的取较小值计算剪力墙的最小厚度。
无支长度是指沿剪力墙长度方向没有平面外横向支承墙的长度。
而两端无端柱或翼墙的一字形剪力墙的厚度，只能按层高计算墙厚。
3.2 短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。
3.3 框支剪力墙结构转换构件上部的剪力墙体厚度不宜小于200mm。
3.4 当墙厚不能满足表2的要求时，应按高规附录d计算墙体的稳定。
3.5 剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm。
4 剪力墙结构的剪力墙的配筋
剪力墙结构中剪力墙通常分为墙肢和连梁两类构件。
墙肢的配筋包括墙肢的边缘构件和墙身的配筋，现结构计算软件提供墙肢的计算配筋包括水平配筋和竖向配筋两项。
水平配筋为墙肢按斜截面抗剪计算需要的水平分布钢筋面积；竖向配筋则为墙肢按正截面抗弯计算需要的墙肢两端部的竖向钢筋面积，这是因为墙肢中部竖向分布钢筋一般较细，容易产生压屈现象，所以偏安全忽略受压区竖向分布钢筋作用。
墙肢中边缘构件的纵向钢筋和墙肢的水平钢筋为按计算及构造配筋，墙肢中边缘构件的箍筋及墙肢的竖向分布钢筋为按构造配筋。
较长墙肢的水平分布钢筋及竖向钢筋按计算结果及规范要求最
小配筋率配筋，一般不会出错。
容易出现问题是较短墙肢的配筋，如形状为l形的墙肢，l形墙肢一边为一般剪力墙，另一边为短肢剪力墙，此l形的墙肢为一般剪力墙，按一般剪力墙构造及配筋。
在l形墙肢的短肢部位，一般做法是此短肢部位墙肢连同长肢端的边缘构件一起做成一整体边缘构件，这时应注意：①整体边缘构件在短墙肢方向的箍筋是否满足短肢边的水平计算配筋，整体边缘构件的构造配箍一般不能满足计算要求。
②整体边缘构件中短墙肢方向端部的竖向钢筋应按短墙肢竖向计算钢筋面积配筋（此计算竖向配筋一般很大），而不是按此整体边缘构件总计算配筋平均配置纵向受力钢筋。
剪力墙开洞后形成的连梁根据跨高比不同可分成两种情况：①当连梁跨高比不小于5时，此梁受力状态和一般框架梁相似，可按框架梁设计。
②当连梁跨高比小于5时（连梁跨度较小，截面高度较大），其承受的竖向荷载往往不大，梁的弯距很小，而水平荷载作用下梁的剪力很大，且沿梁长基本均匀分布，对剪切变形十分敏感，容易出现剪切斜裂缝。
因此，此类梁应按规范规定的连梁设计。
一端与剪力墙相连，另一端与框架柱相连的跨高比小于5的梁，也应按连梁设计。
此梁应取与剪力墙相同的抗震等级。
剪力墙连梁一般具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。
因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。
《高规》5.2.1条规定：“在
内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。
”一般在实际设计中我们在 0.55～1之间取值。
即使连梁刚度折减后，连梁也较容易超筋。
连梁易超筋的部位，竖向楼层在一般剪力墙结构中，总高度1/3左右的楼层；平面中，当墙段较长时其中部的连梁。
连梁超筋时，可按《高规》7.2.25条处理：①减小连梁截面高度。
②抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。
但在内力计算时已经按《高规》5.2.1条的规定降低了刚度的连梁，其调幅范围应当限制或不再继续调幅。
当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。
③当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。
《高规》并没有规定连梁受弯纵向钢筋的最小配筋率，从“强剪弱弯”的角度，非抗震设计时，可取0.2%，抗震设计时，建议取0.25%～0.4%，跨高比大时取小值，同时连梁纵向钢筋率应满足最小配筋率要求。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》gb50011-2001
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj107-2002
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。
