剪力墙设计的几个问题

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【摘 要】简要介绍剪力墙设计中的基本概念、剪力墙的边缘构造，探讨剪力墙结构的厚度和配筋问题和剪力墙结构的超长问题。

【关键词】结构设计；剪力墙；边缘结构

高层建筑在功能、形式、高度和空间利用上不断发展，也不断的要求结构工程师响应、接受挑战，不能墨守成规，而又必须稳妥可靠，特别是在整个设计过程中，应以正确的判断力来把握设计，规范是要遵守，但必须吃透、理解规范条文的真实含义，不盲目照搬，更不能盲从于电算程序结果。这样，才能设计出经济、合理、适用的结构，提高我们结构工程师的技术水平。

1 关于剪力墙的概念

第一，剪力墙有时可按柱计算，按双向受压构件设计。剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时可按柱设计，当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。

第二，在实际的剪力墙结构中，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；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。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。

第三，随着现代施工技术的发展，对剪力墙的研究应作细化研究。实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙。整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。综上所述，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。

第四，在实际施工工程中，墙的设计计算是很重要的一个环节。墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值。即：剪力墙之间的间距；门窗洞口之间的翼缘宽度；墙肢总高度的1/10；剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。

第五，为了保证墙体的稳定性及便于施工，使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力，规范要求一、二级抗震墙时墙的厚度应≥160mm，底部加强区宜≥200mm，三、四级抗震等级时应≥140mm，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。

2 关于剪力墙的边缘构造问题

第一，实际工程表明，剪力墙的截面形状对墙的延性有重要影响。结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差。计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性；因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从 89 规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙（柱）、转角墙（柱），也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。

第二，不同的设计参考标准造成了多种多样的设计。对规范的不同理解往往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片墙仅在端墙设暗柱，有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱，而即使是公开发表出版的权威参考书或设计手册对暗柱（翼墙柱）的截面取值也出现了不同尺寸，因此造成配筋的差别很大，甚至相同的资料由于出版的时间不同，对规范的理解也有所不同。

第三，从 2002 年开始实施的建筑结构规范，根据结构类型及受力状况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界限及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。

3 关于剪力墙结构的厚度和配筋分析

第一，根据抗震规范6.1.2条规定，8度地震区剪力墙结构的抗震等级至少应为三级；按6.4.1条要求剪力墙底部加强部位墙厚一、二级抗震等级时不宜小于200mm，且不小于层高的1/16，其他部位不小于160mm，当墙端头无翼墙或暗柱时不应小于层高的1/12。以上规定目的是为防止因墙体平面外刚度过小，稳定性差，容易在偏心荷载作用下压屈失稳，但这些规定对于八度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。例如5-15层的剪力墙结构，一般墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都小于0.2，电算结果墙体往往只需要构造配筋，但只因底部功能要求3.9m层高，墙厚就得240mm,若业主要求室内视野开阔，不设外纵墙，横墙朝外端头不允许带翼墙或端柱时，当层高在 3.9-4.2m时，则墙厚需要320-350mm,显然不合理。

第二， 墙体的配筋率，目前在“砼规”11.7.11条文强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中，竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25%。部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3%；这配筋率比其在80年代前的配筋率).07-0.1%要大多了，和国外的配筋率0.1-0.25%的高者基本接轨，这在高层或者较长的剪力墙结构中应该是合理的。

4 对于剪力墙结构的超长问题探讨

建筑工程的发展也产生很多施工问题，人们相应提出一些解决措施。混凝土规范9.1.1条规定现浇混凝土剪力墙结构的温度伸缩缝最大间距当在室内或土中时为45m，露天时为30m。而现浇框架剪力墙或框架核心筒结构的伸缩缝间距可取45-55m。规范的这一规定与现今建筑的体量越来越大但功能又要求不设缝发生矛盾，因此目前许多工程中的伸缩缝间距都突破了规范的规定，也造成了设计人员在设计中遇到超长结构时的胆量越来越大。过长时应该尽量设置温度伸缩缝，宜较严格遵守规范规定的限值，理由如下：

第一，剪力墙结构刚度大，受温差影响大，混凝土的收缩、徐变产生的变形大，墙体对楼面、屋面产生的约束也大，当结构发生收缩变形时比其他结构易出现裂缝。

第二，剪力墙结构多用于商品住房和公寓，使用状况复杂，一旦私人购买的房子出现裂缝，虽然没有安全问题，但处理起来问题多，难度大，社会影响大。

第三，混凝土结构受温度或收缩徐变的影响与众多因素有关，而体型庞大的剪力墙房屋往往形状复杂，混凝土收缩大，约束应力积聚也大，施工工艺及管理也难控制。

第四，目前混凝土的收缩量不断增大，已由80年代的一般收缩量300με上升到400με以上，因此使混凝土用量大的剪力墙产生裂缝的因素在增大。

5 结语

综上所述，今后在处理超长结构时，特别是处理超长的剪力墙结构时要特别慎重。当发生实在由于建筑使用功能要求不允许超长建筑设永久缝时，建议采用对结构施加预应力的方法并结合采用设计构造措施、施工措施共同给予处理。

参考文献：

[1]张亮．浅议高层住宅剪力墙结构设计中应注意的问题[J] 2008，（17）.

[2]李涛．小高层剪力墙结构住宅的设计方法[J] 2008，（24）.

[3]周红萍．剪力墙结构高层住宅的结构设计[J] 2004，（6）.