蔣繼學(xué)

摘要：本文在高層建筑越來越快速發(fā)展的情況下，對剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剪力墻的布置原則進(jìn)行了逐一探析。結(jié)合如何發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)能力等優(yōu)點(diǎn)，而且提出了對剪力墻的合理結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)實(shí)際不同建筑物的高度，提出了剪力墻結(jié)構(gòu)的幾種方法。

關(guān)鍵詞 剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；探析

中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，使城市土地面積越來越緊張化。住宅類的建筑物于是開始像高層空間發(fā)展。這使得大多數(shù)的建筑物開始選用剪力墻這種結(jié)構(gòu)體系。而在實(shí)際操作中，由于混凝土的用量和含鋼量會比較大，即使同一建筑平面，不同的結(jié)構(gòu)墻體布置在經(jīng)濟(jì)上的指標(biāo)會出入較大。所以，如何在節(jié)約成本的情況下，設(shè)計(jì)出合理、科學(xué)、安全的剪力墻結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。

一、 剪力墻的基本概述

（一） 剪力墻及剪力墻結(jié)構(gòu)的概念

為了增加高層建筑抵抗風(fēng)力、地震等水平推力的能力，將轉(zhuǎn)角處外墻和部分內(nèi)墻與柱子結(jié)合起來。采用的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這部分墻體叫剪力墻。

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力。這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在高層房屋中被大量運(yùn)用。剪力墻是建筑的一種豎向承重構(gòu)件，但其受力方式與柱子是不同的。一般在結(jié)構(gòu)體系中，由于剪力墻的剛度比較大，所以在承擔(dān)結(jié)構(gòu)的側(cè)向力方面有較大的貢獻(xiàn)，而在受力方面剪力墻往往是不出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

（二） 剪力墻的基本類型

剪力墻根據(jù)有無洞口、洞口的大小及位置和形狀等可分為四類。即整截面墻、整體小開口墻、聯(lián)肢墻和壁式框架。

1、 整截面墻：指沒有洞口的實(shí)體墻或洞口很小的剪力墻。其受力狀態(tài)如同豎向懸臂構(gòu)件。當(dāng)剪力墻高度寬度比較大時，受彎變形后截面仍可保持平面，法向應(yīng)力呈線性分布。

2、 整體小開口墻：指洞口稍大且成列分布的剪力墻，截面上法向應(yīng)力稍偏離直線分布，相當(dāng)于整體彎矩直線分布和墻肢局部彎矩應(yīng)力的疊加。墻肢的局部彎矩一般不超過總彎矩的15%，且墻肢在大部分樓層沒有反彎點(diǎn)。

3、 聯(lián)肢墻：指洞口更大且成列布置，使連梁剛度比墻肢剛度小得多，連梁中部有反彎點(diǎn)，各墻肢單獨(dú)作用較顯著，可看成若干個單肢剪力墻由連梁聯(lián)結(jié)起來的剪力墻。當(dāng)開有一列洞口時為雙肢墻，當(dāng)開有多列洞口時為多肢墻。

4、 壁式框架：當(dāng)洞口寬而大，墻肢寬度相對較小，墻肢剛度與連梁剛度相差不太遠(yuǎn)時，剪力墻的受力性能與框架結(jié)構(gòu)相類似；其特點(diǎn)是墻肢截面的法向應(yīng)力分布明顯出現(xiàn)局部彎矩，在許多樓層內(nèi)墻肢有反彎點(diǎn)。

二、 剪力墻的結(jié)構(gòu)布置

1、 剪力墻結(jié)構(gòu)是由縱向的和橫向的鋼筋混凝土墻組合而成，它承載著風(fēng)力、地震作用力等。

2、 在高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，其墻體應(yīng)該采用雙向或者多向的布置格局，這樣才能形成對承受豎向的、剛度大平面的有利布局。而在抗震結(jié)構(gòu)中，應(yīng)避免只采用單向剪力墻的結(jié)構(gòu)布置，而且剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不要過大。剪力墻的間隔距最好也不要太密，應(yīng)該采用大開間的格局。

3、 高層建筑物的結(jié)構(gòu)盡量不要全部采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。短肢剪力墻是指截面高度與厚度的比為5—8的剪力墻。

4、 較長的剪力墻可分為跨高比不小于5的幾個獨(dú)立墻段，每個獨(dú)立墻段又可用于整體墻或聯(lián)肢墻。每個獨(dú)立的墻段的總體高度和長度不能小于2，不然就會剪切破壞。每個墻段又具有若干個墻肢，墻肢的長度不能大于8米。當(dāng)長于8米時，應(yīng)該在施工時墻上留個結(jié)構(gòu)洞，完工時在將其補(bǔ)上。把長墻分成短墻施工。

5、 控制好剪力墻的平面外的彎矩。當(dāng)剪力墻肢與它平面外方向的樓面的梁相連接時，應(yīng)該采取以下措施的一種，來減小梁端部位的彎矩對墻的有害影響：

（1）、設(shè)置出沿著梁軸線的方向與梁相連接的剪力墻，制止該墻肢的平面外彎矩。

（2）、如果不能設(shè)置出與梁軸線的方向相連接的剪力墻時，那么就在相交處設(shè)計(jì)扶壁柱。

（3）、當(dāng)扶壁柱也不適宜時，就該在墻與梁相交處用暗柱。

（4）、如果有需要時，也可在剪力墻內(nèi)設(shè)置型鋼。

（5）、在梁與墻的連接處，梁內(nèi)的鋼筋必須錨入墻內(nèi)，而且應(yīng)該有一定的錨固長度。

（6）、剪力墻應(yīng)連續(xù)從上到底連續(xù)分布，中間不能中斷。墻的厚度沿豎向應(yīng)依次減薄，變截面的厚度不應(yīng)發(fā)生太大的變化。為了避免剪力墻結(jié)構(gòu)剛度突變，其厚度與混凝土的強(qiáng)度等級變化應(yīng)適合錯開它的樓層設(shè)置。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)的布置原則

在剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻承載著全部豎向力和水平力。所以一般建筑物應(yīng)沿軸線雙向布置，特別在抗震結(jié)構(gòu)中，不宜使用單向的剪力墻結(jié)構(gòu)布置，而且兩個方向的抗側(cè)剛度應(yīng)比較接近。剪力墻應(yīng)該拉直來增加其抗震能力。為了使受力明確、計(jì)算起來方便，門窗洞口的各層應(yīng)該對齊，形成正確的墻肢和連梁。如果出現(xiàn)疊合錯洞墻，由于其錯開距離小，不僅使墻肢出現(xiàn)不規(guī)律，而且還會造成洞口之間的薄弱，對抗震及其不利。

剪力墻在高層建筑使用時，應(yīng)該沿豎向貫通其整個建筑物。如果發(fā)生改變，就要改變墻的厚度和混凝土的等級，減少一些墻肢，這樣抗側(cè)剛度會漸漸減小。剪力墻應(yīng)該避免在洞口與墻邊形成小的墻肢。而小墻肢寬度也不應(yīng)小于三倍的墻體厚度，并且應(yīng)加強(qiáng)暗柱的使用。

盡量不要將建筑物的主梁直接承受在剪力墻連梁之上。其一由于主梁的端部約束可能達(dá)標(biāo)，另一方面對建筑物的連梁本身不好，容易造成連梁出現(xiàn)裂縫。

四、剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

（一）、高層建筑物二十層以下的樓層，一般采用短肢的剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。往往采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。并且剛度大的剪力墻震害就會越輕，但又不能無限增加它的剛度，這樣工程費(fèi)用就會太高。

傳統(tǒng)的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，用開設(shè)數(shù)量適宜的結(jié)構(gòu)洞來實(shí)施，在主體建筑物封頂之后，大開口的剪力墻就會保持比較好的抗震能力。

（二）、當(dāng)建筑物高于二十層時，大多數(shù)情況就是采用現(xiàn)澆的剪力墻結(jié)構(gòu)體系。因?yàn)槿绻枚讨袅Y(jié)構(gòu)，可能會使結(jié)構(gòu)比較柔軟，結(jié)構(gòu)層間的位移和頂點(diǎn)的位移不一定正好合適。這樣可能會使剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。

（三）、在商住兩用房中，一般采用底部大空間的結(jié)構(gòu)體系。也就是說上層一般是住宅，下面作為商鋪使用。但這種大空間的結(jié)構(gòu)體系也有很大的缺點(diǎn)，由于上層的剪力墻抗側(cè)剛度大，底層的剛度小，在豎直方向變化比較大。假如其受到了較大的水平作用力，就容易發(fā)生變形。

五、剪力墻的連梁超筋問題

在大多數(shù)的框剪結(jié)構(gòu)中，由于剪力墻的數(shù)量較少，大部分的水平力都有由剪力墻去承受，故超筋現(xiàn)象比較普遍。一般采用把剪力墻進(jìn)行分散均勻布置， 同時把剪力墻的布置成墻肢多而且短。如果此辦法仍不能解決超筋問題，還可用以下兩種方法：

（一）、如果是連梁的彎矩大大超過了其自身的最大承載力時，就可以考慮減小這層的連梁彎矩值，并合理地提高上層和下層的彎矩值，以補(bǔ)償縮短的彎矩保持其平衡。但有一定的要求，就是提高和降低的彎矩值都不能超過百分之十五。

（二）、同時把連梁的剛度減小，其系數(shù)必須小于零點(diǎn)五五。

總結(jié)：

隨著商品房的快速發(fā)展，建筑剪力墻的運(yùn)用是越來越廣泛。但如何設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)、最美觀、最科學(xué)的布置方案，還應(yīng)該考慮多方面的問題。而剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是個全過程、全方位、全體設(shè)計(jì)人員共同配合的過程。這樣才能使得整個工程不僅造價合理，還有可靠的安全性、美觀性。

參考文獻(xiàn)：

[1]程革.高層建筑短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)振動臺試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué)，2010（4）

[2]陳明.淺議連梁超筋率及解決方案[J].P KPM新天地，2008（4）

[3]錢稼茹.基于位移延性的剪力墻設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2009（6）