武漢和創(chuàng)建筑工程設(shè)計(jì)有限公司

摘要：文中筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

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

一、剪力墻設(shè)計(jì)概念

1）剪力墻高和截面高度尺寸較大但截面厚度較小，幾何特征像板，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其截面高度與厚度的比值，當(dāng)比值小于或等于3時(shí)宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比在 2～4時(shí)可視為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比在5～8時(shí)為短肢剪力墻，當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比大于8時(shí)為一般剪力墻。

2）剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一平面構(gòu)件，它除承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔(dān)豎向壓力；在軸力，彎矩，剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下剪力墻除需滿足剛度強(qiáng)度要求外，還必須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設(shè)計(jì)成延性彎曲型。

3）實(shí)際工程中剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻、整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂，當(dāng)剪力墻墻肢較長(zhǎng)時(shí)，在力作用下法向應(yīng)力呈線性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱，配筋應(yīng)盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端；為防止剪切破壞，提高延性應(yīng)將底部截面的組合設(shè)計(jì)內(nèi)力適當(dāng)提高或加大配筋率；為避免斜壓破壞墻肢不能過小也不宜過長(zhǎng)，以防止截面應(yīng)力相差過大。聯(lián)肢墻是由連梁連接起來的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨(dú)作用顯著，連梁中部出現(xiàn)反彎點(diǎn)要注意墻肢軸壓比限值。壁式框架：當(dāng)剪力墻開洞過大時(shí)形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構(gòu)件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內(nèi)力作用下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點(diǎn)，墻已類似框架的受力特點(diǎn)，因此計(jì)算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

1、框架剪力墻中框架粱支座計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)定

一般在框剪結(jié)構(gòu)體系中，粱與柱特別是與外柱的連接都為嵌固，而梁與墻的聯(lián)接往往視為鉸接，但實(shí)際繪制施工圖時(shí)，梁兩端無論是配筋、鋼筋的錨固往往都是按嵌固要求處理。當(dāng)梁的線剛度小于層間墻的線剛度時(shí)或粱支承于兩墻體的相交處時(shí)，宜按嵌固支座考慮。當(dāng)這樣考慮時(shí)，電算結(jié)果墻和梁端處的鋼筋用量可能較多，而梁跨中鋼筋偏小。所以實(shí)際配筋時(shí)，應(yīng)使梁在墻上支座的配筋適當(dāng)減少，以便能使粱在強(qiáng)地震時(shí)能出現(xiàn)塑性鉸，而梁跨中的配筋則適當(dāng)增加。計(jì)算中還應(yīng)注意梁支承在墻上時(shí)，梁下墻的有效寬度一般宜取6倍墻厚或6倍梁寬中之小者且不大于2m，當(dāng)梁跨度較大時(shí)，粱端墻上宜設(shè)置暗柱暗粱。

2、短肢墻結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算

短肢墻結(jié)構(gòu)應(yīng)采用三維電算程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，豎向構(gòu)件用開口薄壁桿模型或墻元模型。計(jì)算中當(dāng)反映出的剛度不合適不均勻或者扭轉(zhuǎn)偏大時(shí)，應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置后重算，以取得最好效果后再繪制施工囤。構(gòu)件設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意豎桿一般屬雙向壓彎桿，短肢墻一般都是在壓彎、剪復(fù)合狀況下受力，當(dāng)肢長(zhǎng)≤4倍墻厚時(shí)，則應(yīng)按異形柱進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。應(yīng)用TBSA分析剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，尚應(yīng)注意當(dāng)肢長(zhǎng)小于4倍墻厚時(shí)，則應(yīng)按異形柱進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。應(yīng)用TBSA分析剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，尚應(yīng)注意當(dāng)肢長(zhǎng)小于4倍墻厚時(shí)，電算輸出的墻配筋只是柱子單邊的配筋量，而當(dāng)墻肢>4倍墻厚時(shí)，雖然是墻體的兩面配筋量，但只考慮了墻肢平面內(nèi)力作用而忽略了平面外的受力影響，繪施工圖中均應(yīng)適當(dāng)考慮這些因素之影響。此外，電算分析中往往不易控制墻肢的軸壓比限值，但小墻肢的軸壓比都應(yīng)控制在0.6以內(nèi)。整體內(nèi)力分析時(shí)，忽略了長(zhǎng)度小于 0.2m的墻肢，具體設(shè)計(jì)中均需人工計(jì)算或復(fù)核。

3、剪力墻的布置

剪力墻的平面布置一般原則是均勻、分散、對(duì)稱、周邊。分散原則是要求剪力墻片數(shù)不要太少，而且每片剪力墻剛度不要太大，連續(xù)尺寸不要太長(zhǎng)，使抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量多一些，分散一些，每片剪力墻的彎曲剛度適中，在使用中不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別墻的局部破壞而影響整體的抗側(cè)力性能，也不會(huì)使個(gè)別墻的受力太集中，負(fù)擔(dān)過重 而引起過早地被破壞，剛度過大的墻承擔(dān)的內(nèi)力也大，相應(yīng)的基礎(chǔ)處理難度增加，同時(shí)也考慮到剪力墻相距太遠(yuǎn)，樓面剛度要求大，很難滿足要求，周邊的原則是考慮建筑物抵抗扭轉(zhuǎn)能力，便于保證剛度中心與平面中心相吻合；剪力墻布置在周 邊對(duì)稱位置，增加抵抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力臂，在不增加剪力墻面積的情況下，提高抗扭轉(zhuǎn)能力。剪力墻布置的位置應(yīng)設(shè)在平面形狀變化處，平面形狀變化處；角隅、端角、凹角部位往往是應(yīng)力集中處，設(shè)置剪力墻給予加強(qiáng)是很有必要的，在高層建筑的 樓梯間，電梯間，管道井處，樓面開洞嚴(yán)重地削弱樓板剛度，對(duì)保證框架與剪力墻協(xié)同工作極為不利。因此，在工程設(shè)計(jì)中用鋼筋混凝土剪力墻來加強(qiáng)這些薄弱端 部，如樓梯間，電梯井道處，豎向管道井等是十分有效的。

4、抗震設(shè)計(jì)中框架和剪力墻的連接方式

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，連梁的強(qiáng)弱直接決定著整體結(jié)構(gòu)的受力性能，關(guān)系到結(jié)構(gòu)的抗震性能高低。在通常情況下，框架剪力墻的連接方式有以下兩種方式：

1）鉸接方式

在采用鉸接方式時(shí)，要考慮到連梁的約束作用，并通過樓板的強(qiáng)度保證框架與剪力墻的協(xié)調(diào)的性能。在建筑工程實(shí)際施工過程中，經(jīng)常會(huì)在樓板開設(shè)洞口，就會(huì)明顯削弱二者的協(xié)同的性能，剪力墻的約束能力就會(huì)減弱，也會(huì)減小整體結(jié)構(gòu)的剛度，不符合平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的要求，還有可能使結(jié)構(gòu)中最大層間的位移角和頂層位移角增加，導(dǎo)致剪力墻所承擔(dān)的彎矩也會(huì)增加，不能有效的保證抗震設(shè)計(jì)多道防線的要求，所以，在施工過程中，一般不采用鉸接的方式。

2）剛接方式

剛接方式主要通過連梁的剛度來保證框架和剪力墻的共同協(xié)調(diào)，連梁承擔(dān)了比較大的剪力和彎矩，具有明顯的約束作用，能夠有效保證整體結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作的性能。在水平荷載的作用下，很好的控制建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)力。在遇到低于建筑設(shè)防烈度的地震時(shí)，保證連梁不受到破壞，不會(huì)應(yīng)先管道整體結(jié)構(gòu)的剛度，仍然處在彈性階段形成抗震的第一道放線，有效對(duì)整體的主體結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。

三、剪力墻構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

1）對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)和部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，若內(nèi)縱墻很長(zhǎng)，且連梁的跨高比小，剛度大，則墻的整體性好，在水平地震作用下，墻的剪切變形較大，墻肢的破壞高度可能超過底部加強(qiáng)部位的高度，因此將較長(zhǎng)的剪力墻分成若干段，使墻的高寬與長(zhǎng)度之比不少于2，墻段由墻肢和連梁組成。其目的是設(shè)置剛度和承載力較小的連梁（跨高比不小6的連粱），這樣防止在地震作用下，先破壞連梁，使墻段成為抗側(cè)力單元，且墻段以彎曲變形為主。2）剪力墻和部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢截面長(zhǎng)度沿高度不宜有太大出入和變化，一、二級(jí)抗震墻的底部加強(qiáng)區(qū)以及墻體洞口較大時(shí)，最好不要有錯(cuò)洞布置的剪力墻。3）框支層的設(shè)計(jì)。部分框支的剪力墻結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)有可能將變形集中在框支層上，這樣就應(yīng)該首先加強(qiáng)框支層，使其牢固。一般地規(guī)范規(guī)定是，框支層的側(cè)向剛度不應(yīng)小于上一層非框支層的側(cè)向剛度的 50%。框支墻的水平地震剪力主要由落地剪力墻承擔(dān)，所以要保證樓板有足夠大的平面內(nèi)剛度傳遞水平力。落地墻最大水平間距不宜大于 24m。4）墻的豎向鋼筋的設(shè)計(jì)。在框架剪力墻中，特別是高層的工程設(shè)計(jì)里面，豎向鋼筋主要起到抗彎作用。高層建筑與底層不同，在目前一些多層低高層剪力墻中電算記過多為構(gòu)造配筋，但配筋時(shí)所取的配筋率有的人往往扣除了約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的鋼筋，但是高層建筑中的剪力墻設(shè)計(jì)不能這么做，這一點(diǎn)必須注意。

四、高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)分析

用鋼量的大小和建筑平面關(guān)系很大，建筑平面復(fù)雜，往往導(dǎo)致剪力墻形狀復(fù)雜。剪力墻設(shè)置原則：1）少布置短肢墻：短肢墻的構(gòu)造配筋率很大；計(jì)算配筋一般也較長(zhǎng)肢墻大2）墻的形狀要簡(jiǎn)單，既以一字長(zhǎng)墻、“L ”和“T”形長(zhǎng)墻為主。形狀復(fù)雜且墻肢短，暗柱就多。剪力墻用鋼量與其單位長(zhǎng)度內(nèi)的暗柱（長(zhǎng)度）所占比例成正比。3）合理控制層間位移角：即降低地震效益，控制在1/1100左右。不必刻意追求此指標(biāo)，關(guān)鍵是合理的結(jié)構(gòu)布置。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃海濤.黃慎江.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)方法應(yīng)用的探討[J].工程與設(shè).2010（4）.

[2]王燕鋒.朱娜.淺議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2009（34）.

[3]姚琦泓.概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].商品儲(chǔ)運(yùn)與養(yǎng)護(hù).2008（6）.