漫谈剪力墙结构体系抗震设计

　　在国内外历次大地震中，高层建筑的剪力墙结构体系都表现了良好的抗震品质，是一种十分值得信赖的结构体系。因此，在非地震区和地震区的高层建筑中都得到了广泛的应用。实践证明，在地震区，15层以上的高层建筑采用剪力墙结构是经济的。在潍坊，剪力墙结构建筑高度可达120米，短肢剪力墙结构建筑高度可达100米，而在非地震区，剪力墙结构建筑高度可以更高。目前，我国抗震地区15—33层的高层住宅、宾馆多采用这种结构体系。

　　二、剪力墙结构体系的平面布置

　　与其他高层结构体系一样，剪力墙结构体系的开间、进深尺寸和选用的构件类型应符合建筑模数，以利于建筑工业化。户型布置要与建筑专业很好协调。就平面布置，具体应做到以下几点：

　　1. 每一个独立结构的单元内，应使结构平面形状简单规则，刚度和承载力分布均匀，避免采用严重不规则的平面布置。

　　2. 平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大，平面长度及突出部分长度等值应满足规范要求。

　　3. 不宜采用角部重叠的平面图形和细腰形的平面图形。

　　4. 剪力墙的平面设置：

　　1) 剪力墙布置应做到“八字方针”：“对称、均匀、周边、连续”。

　　2) 剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，形成空间结构，使之有较好的空间工作性能。

　　3) 应避免仅单向设剪力墙的结构布置形式，并应使两个方向刚度接近。

　　4) 剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，剪力墙不宜布置得太密，使结构具有适宜的侧向刚度，防止刚度过大。

　　三、剪力墙结构体系的竖向布置

　　剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，同时也是围护和房间分隔的构件。在竖向布置上也有一些要求：

　　1. 竖向体形宜规则、均匀，避免过大的外挑和内收。

　　2. 结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用严重的竖向布置不规则的结构。

　　3. 楼层的侧向刚度与相邻上部楼层的比例、楼层层间的抗侧力结构的受剪承载力与上层的比例应限制在一定的范围内，符合规范要求。

　　4. 剪力墙宜自下而上连续布置，避免刚度突变。

　　5. 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。避免设置使墙肢刚度相差悬殊的洞口。

　　6. 剪力墙结构宜建地下室。这有利于减轻地震破坏能力，提高地基的承载能力。

　　四、对剪力墙的一般技术要求

　　1. 较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段。剪力墙应具有较好的延性，细高的剪力墙(高宽比大于2)易成为弯曲破坏的延性剪力墙，从而可以避免脆性的剪切破坏。因此，当墙的长度很长时，为了满足墙段的高宽比大于2的要求，可通过设洞口将墙分成长度较小，较均匀的联肢剪力墙或整体墙。洞口连梁宜采用约束较小的弱连梁(其跨高比宜大于6)，使其接近成为独立墙段。独立墙段的长度不宜大于8米，这样墙段的长度较小，受弯裂缝宽度较小，墙体配筋能充分发挥作用。

　　2. 剪力墙的底部加强部位：

　　1) 底部加强部位的高度：对抗震设计，为了保证出现塑性饺后，剪力墙具有足够的延性，剪力墙底部应加强构造措施，提高抵抗剪切破坏的能力。由于剪力墙底部塑性饺有一定的范围，规范规定了一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢高度的1/8和底部两层二者的较大值。当剪力墙高度超过150米时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。

　　2) 剪力墙的洞口布置会极大削弱墙的力学性能。一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不宜采用错洞墙，一、二、三级抗震等级剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。具有不规则洞口的错洞墙，可按弹性平面有限元方法进行应力分析，并按应力进行截面配筋设计或校核。

　　3) 抗震设计中，一定要贯彻“强剪弱弯”的原则。为此，剪力墙底部加强部位的剪力设计值要乘以增大系数。根据结构的重要性不同，应乘以不同的增大系数。一级抗震设计为1.6，二级抗震设计为1.4，三级抗震设计为1.2。9度抗震设防时，剪力墙底部加强部位要求用实际配筋计算的抗弯承载能力计算其增大系数。通过增大剪力墙底部的设计剪力，以更好的抵抗地震作用产生的水平剪力，提高抗震性能。

　　3. 控制剪力墙平面外的弯矩：剪力墙的特点是平面内刚度及其承载力大，而平面外刚度及其承载力都相对较小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下，并不验算墙的平面外刚度及承载力。当梁高大于2倍墙厚时，梁端弯矩对墙平面外的安全不利，因此应当采取措施，以保证剪力墙平面外的安全。措施如下(至少采用一种，以提高墙肢抵抗平面外弯矩的能力)：

　　1) 沿轴线方向设置与梁相连接的剪力墙，抵抗墙肢平面外弯矩。

　　2) 在墙与梁相交处设置扶壁柱，按计算确定截面和配筋。

　　3) 在墙与梁相交处设置暗柱，并按计算确定配筋。

　　4) 必要时剪力墙内可设型钢。

　　4. 不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上：因为主梁端部约束达不到要求，另一方面对支承梁不利。楼面次梁支承在连梁上或框架梁上，次梁端部可按铰接处理。

　　5. 楼面梁与剪力墙连接时，梁的纵向钢筋应伸入墙内，并可靠连接：当梁与墙在同一平面内时，多数为刚接，梁钢筋在墙内的锚固长度应与梁、柱连接时相同。当梁与墙不在同一平面内时，多数为半刚接，梁钢筋锚固应符合锚固长度要求;当墙截面厚度较小时，可适当减小梁钢筋锚固的水平段，但总长度应满足抗震锚固长度的要求。

　　6. 一、二级抗震的剪力墙底部加强部位，《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)7.2.14要求其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过0.4—0.6。

　　除了这些一般技术要求外，剪力墙的截面设计、构造要求、边缘构件、连梁设计等也是剪力墙设计中要考虑的重要问题。

　　五、短肢剪力墙

　　近年来，随着城市的不断发展，用地紧张的问题日益突出，十层和十层以上的“小高层”住宅不断涌现，一种新的结构体系----短肢剪力墙住宅结构体系应运而生。

　　短肢剪力墙是剪力墙结构的一种特例。剪力墙结构墙体是由钢筋混凝土墙组成，墙肢高厚比大于8，其上开门、开窗必须按照规范要求;而短肢剪力墙是由一些独立的钢筋混凝土墙段通过连梁组成，墙体间的洞口不是安装门窗，而是用砖或其他轻质材料填充。其墙肢高厚比一般5—8，墙厚不小于200mm。

　　短肢剪力墙结构的出现，有利于一些类型的住宅建筑的发展，同时又能减轻结构自重。要注意剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，而是利用建筑物中部由楼梯、电梯及管道井形成的竖向交通区设置剪力墙筒体，作为坚强的支撑，形成短肢剪力墙与筒体共同承受竖向荷载和抵抗水平力的整体性结构。

　　另外，在结构设计中要注意，并非剪力墙越多越好。要从“安全”和“经济”的角度综合考虑。在短肢剪力墙的布置中，应力争做到“刚柔并济”，既保证结构在水平荷载作用下的变形在规范允许的范围内，又要保证设计经济，合理适用。

　　剪力墙结构体系的应用，在潍坊正是方兴未艾之时，随着潍坊的发展，我们会遇到更多、更好的剪力墙结构设计。在结构设计中，充分考虑场地、地基、施工条件、经济等方面的因素，做好方案设计;按照规范要求进行结构设计校核，提高抗震设计水平。

　　参考文献：

　　[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)

　　[2]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)

　　[3]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)