关于剪力墙结构设计的分析

摘要：本文作者结合实际工作经验，对剪力墙结构设计进行了分析探讨，提出了自己的见解。  关键词：剪力墙；结构设计；分析  　　随着高层建筑的快速发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出了更高的要求。房屋建筑的剪力墙结构设计，在建筑施工整个过程中占有重要位置，也是我国设计人员一直努力钻研的方向。如果剪力墙想更好地发挥其刚度大、外形美观等优点，并又想克服自身结构上的缺点，那其关键就全在于结构设计，设计师们必须对剪力墙的设计要做到安全、经济、合理、外形美观。

1 剪力墙布置  　　剪力墙布置工作应当注意文件上的规定，此外，本文根据个人经验总结若干关于短肢剪力墙设计中应当注意的问题。  　　

1.1 双向布置剪力墙及抗侧刚度  　　剪力墙的布置应当注意对于空间的把握，采用双向布置的方法来对待。这对于抗震有较好的疗效和效果。并最好保证二者的刚度值近似或相同，这能够带来自振能力的相似，对于平衡较有利。  　　剪力墙的受力承载能力很大，侧向刚度也不小。为了将剪力墙的优势发挥利用出来，减弱重力，使得剪力墙的可利用程度增加。墙体之间的距离应当有所控制，疏密得当。  　　

1.2 竖向刚度均匀  　　布置的好坏对整体的侧向强硬度都有直接影响。墙沿高度的断断续续，将带来高度坚硬程度的瞬间变化，所以在这个方面应当注意布置的连续性，可应当减少一些部分墙肢的数量，刚度随着垂直程度向下增加。  　　

1.3 墙肢高宽比  　　长度较大而宽度较小，较薄的剪力墙可变成弯曲的剪力墙。这种形状利于坚固，避免寸劲造成的破坏，能够有一定的分担能力。对于高度和宽度值的比应当不大于2，如果长度过长，背离了这个值的时候，应当通过开洞口，使每一段的值近似这个值。单独的墙可以作为整体墙，也可以作为连肢墙。  　　

1.4 剪力墙洞口的布置  　　剪力墙对于洞口的方向和大小的选择是有一定意义的，有一定的力学原理，所以，在安排的时候应当注意选择，应当从以下几个方面进行考虑，找到最合适的方案。  　　

1.4.1 开洞应当注意均匀和规整，在横排和竖排都应当成行或者成列分布，可劲儿带来连梁和墙肢位置的准确，而受力也较均匀，而计算方法也会变得容易很多，可行性更强，并且在刚度的差异也应当有限制范围。  　　

1.4.2 这两种墙上面的洞都是不讲求规整的。其中力的存在形式较为复杂多变，可能产生受力的薄弱点，而这又不容易通过计算来获得各种力的方向和程度。它发生的特点是洞口的位置错误，间距不对，更有甚者发生重合，不但墙肢的位置和长度不规范，洞口的位置最容易变成薄弱处，重叠出现的洞情况要更糟糕，应当杜绝这样的现象，如果无法杜绝，应当根据有限元的方式来计算而且在洞周围采用其他的加固方法，也可以采取另外的填充材料使重合的洞口变成洞口位置合理的均匀结构。  　　

1.4.3 不均匀的洞口剪力墙内部受力的计算以及位置变化的计算通过文件找到方法，现在用的方法只有有限元，还没有比这个更为简单的方式。而整个框架的计算使用的方式是薄壁杆系，亦或对洞口的形状找到近似值或者利用其它模型进行计算，应当注意计算的准确性，利用计算结构进行其它工作的判断整理。  　　

1.5 剪力墙和加强部位  　　

1.5.1 塑性铰出现的地方是加强的重点位置。而剪力墙的顶部，电梯周围的墙壁等特殊地方不适用加强手法，这是为了突出塑性铰位置的重要性。而与需要一般加强的地方可以区分开，有重点的对待。  　　1.5.2 塑性铰问题出现之后，更要求剪力墙的延展能力，一般其发生发展都在一个范围值之内。在这个范围以内应当特殊加固，以提升抗剪能力。  　　

1.5.3 为了保险，加强的范围是可以稍微扩展一些的。在进行对抗地震的工作时，通常底部的加强的位置应当是墙肢总长度的1/8左右的位置，以及底层两个当中数值较大的一个。如果剪力墙超过150m的水平高度，可能造成加强的位置随之上升，则时候取值由1/8改为1/10。  　　

2 短肢剪力墙设计要求  　　短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。当截面高度与厚度之比小于3时，应按柱计算（当形成异型柱时，则应按异型柱的要求设计，但高层建筑中不允许采用异型柱框架结构），至于剪力墙高度与厚度之比大于3、又小于5的剪力墙，实际上也是短肢剪力墙，由于它们更弱，可以提出不宜采用小于5的墙肢，对这种小墙肢的轴压比应修予更严格的限制，因此即使采用短肢剪力墙，也要尽可能使墙肢截面高度与厚度之比大于5。  　　近年兴起的短肢剪力墙结构，有利于住宅建筑布置，又可进一步减轻结构自重，应用逐渐广泛。但是由于短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，考虑高层住宅建筑的安全，其剪力墙不宜过少、墙肢不宜过短，可以对短肢剪力墙的应用范围应在设计中加以限制，并采取一些加强措施。  　　

2.1 应用范围  　　高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。设计时应注意：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；其次，具有较短肢剪力墙的墙的剪力墙结构最大适用高度应比规范中剪力墙结构的规定值适当降低，7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m；第三，对于B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，即使设置筒体，也不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构；第四，如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不属于这种短肢剪力墙与筒体共同工作的剪力墙结构。  　　

2.2 加强措施  　　对于短肢剪力墙设计中应着重以下加强措施。  　　

2.2.1 为限制过多的剪力墙的数量，在抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩50%。  　　

2.2.2 抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比规范中规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用；目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。  　　

2.2.3 出于改善延性的考虑，抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7（对一般剪力墙，三级抗震等级时轴压比未限制）；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。  　　

2.2.4 对于短肢剪力墙的剪力设计值，不仅底部加强部位应调整，其他各层也要调整，一、二、级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2，目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。  　　

2.2.5 短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。  　　

2.2.6 对于短肢剪力墙截面最小厚度，无论抗震还是非抗震设计，其厚度都不应小于200mm；对于非抗震设计，除要求建筑最大适用高度适当降低外，对墙肢厚度限制的目的是使墙肢不致过小。  　　

总的来说，剪力墙布置的其中一个原则就是尽量使洞口的形状和位置规则，这样既方便计算也使受力达到平衡，杜绝偏离和重叠现象的出现。提升构造的可行性。