鋼筋混凝土剪力墻結構設計的幾個問題探討

【摘 要】 本文分析了鋼筋混凝土剪力墻結構的優缺點，并對其結構布置、墻肢長度和厚度的選取以及連梁設計中的問題作了一些分析探討，供大家參考。

【關鍵詞】剪力墻 墻肢 連梁 剛度

1 前言

隨著經濟和社會的發展，高層建筑逐漸成為現代建筑的發展趨勢。20世紀60年代出現的剪力墻結構，由于其抗側剛度大，能有效的減少側移，且具有較好的抗震性能。而使其被廣泛應用于多層和高層鋼筋混凝高層建筑房屋中。

2 剪力墻結構的優缺點

剪力墻結構剛度大，整體性好，用鋼量較省，在高層住宅、旅館等居住性建筑中，居室和客房均為小房間，分隔墻較多。采用現澆剪力墻結構，可以將承重墻與分隔墻合二為一，相對來說比較經濟。另外，室內較框架結構簡潔，沒有露梁、露柱現象。外形美觀，便于室內布置，使用功能更好，且增大了使用面積。因此受到了開發商和業主的廣泛歡迎。

剪力墻由墻肢和連梁兩種構件組成。其結構承載力及剛度都很大，側移變形小，抵抗水平側移能力強。經過合理設計可做成抗震性能很好的延性剪力墻，無論在非地震區及地震區都很適用。

缺點是由于剪力墻最大間距的限制，使建筑平而和使用空間受到一定的局限。結構的延性一般不如框架結構和框架剪力墻結構體系，結構自重較大，總高度不大時結構材料耗費可能較多。

3 結構布置中的幾個問題

剪力墻結構中豎向荷載、水平地震作用和風荷載都由鋼筋混凝土剪力墻承受。所以剪力墻的布置應在滿足建筑使用要求的前提下，沿結構的主要軸線，盡可能地規則拉通對稱布置。既要考慮便于梁板等承擔豎向荷載的構件的布置，又要盡量使結構剛度對稱，減少偏心，從而減少扭轉效應的影響。同時，應注意以下幾個問題：

3.1 避免出現獨立小墻肢

《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2002）中規定： “矩形截面獨立墻肢的截面高度hw不宜小于截面寬度bw的5倍。”一旦出現上述情況，對墻肢軸壓比、配筋等都有嚴格的限制，設計施工都比較困難。在實際設計中，獨立小墻肢基本上可以通過合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墻，使小墻肢成為墻體翼緣，其受力狀態明顯好于獨立小墻肢，僅當加強配筋即可。

3.2 謹慎采用短肢剪力墻結構

近年來興起的短肢剪力墻結構，既有利于建筑的靈活布置，又可進一步減輕結構自重，比較受業主歡迎。但由于抗震性能較差，地震區應用經驗不多，為安全起見，《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2002）對這種結構作了較嚴格的規定。幾年的設計經驗表明，短肢剪力墻并不具有經濟性。因此，筆者認為，除非在建筑功能有特殊要求的情況下，盡量不要使用短肢剪力墻。設計中，可適當加長墻肢尺寸，滿足普通剪力墻高厚比大于8的要求，不僅構件受力更為合理，而且具有良好的經濟效果。

3.3 單片剪力墻剛度不宜過大

剪力墻結構應具有足夠的延性，細高的剪力墻（高寬比大于2）容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。此外，單片剪力墻剛度過大，承擔的水平力份額較大，一旦破壞就會出現嚴重后果。同時，墻段長度較小時，墻體的配筋能夠充分的發揮作用，因此，墻段的長度不宜大于8m。設計中，可通過開設結構洞口將長墻分成長度較小的若干段，洞口、連梁宜采用弱連梁（跨高比宜大于6）。

3.4 剪力墻結構整體剛度不宜過大

剪力墻結構剛度很大，一般來說周期較短，相應地震力較大，如果剪力墻結構剛度過大，不僅材料消耗多，不經濟，而且，地震力過大會使部分墻肢和連梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面設計困難。一般宜控制剪力墻結構的剛度能滿足位移限值要求即可。設計中，可通過減薄墻厚、降低混凝土強度、加大洞口、減小連梁高度、窗下墻改用填充墻等措施來調整其剛度。

4 墻肢長度和厚度的選取

4.1 墻肢的長度

剪力墻墻肢長度（即墻肢截面高度）一般不宜大于8m。結構設計中的剪力墻結構應具有延性，細高的剪力墻（高寬比大于2）容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。當墻的長度很長時，為了滿足每個墻段高寬比大于2的要求，可通過開設洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁（其跨高比宜大于6），使其可近似認為分成了獨立墻段。

4.2 墻肢厚度的選取

高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ 3—2002）第7.2.2條第1 3款規定了剪力墻的最小厚度，其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩定性能。

對短肢剪力墻結構，高規（JGJ 3—2002）規定其抗震等級應比表4.8.2規定的抗震等級提高一級采用。故除6度區外，短肢剪力墻的抗震等級至少為一級。對于住宅建筑，填充墻厚一般為200mm，相應剪力墻厚也取為200mm。住宅層高一般為2.83m，故墻厚取200mm，除底層加強區的一字形短肢剪力墻外，均能滿足規范要求。

對于無地下室的高層住宅，因其基礎埋深一般在2.5m以上，則底層墻體高度會到5.0m以上，若按層高的1/16確定墻厚，將超過300mm，大于填充墻厚度。為避免出現此種情況，在布置剪力墻時，應結合建筑平面，盡量不用一字形剪力墻，而采用L、T、z、十字形等截而形式，且使翼緣長度大于其厚度的3倍，這樣一方面墻體抗震性能更好，另一方面墻厚也可取為剪力墻無支長度的l／16。由于住宅建筑中剪力墻肢長一般小于3.0m，故厚度采用200mm滿足構造要求。

5 連梁設計中的問題

5.1 連梁的作用

在剪力墻結構中，連接墻肢與墻肢的梁稱為連梁。在水平荷載作用下，墻肢發生彎曲變形，使連梁端部產生轉角，從而使連梁產生內力，同時連梁端部的內力又反過來減小與之相連的墻肢的內力和變形，對墻肢起到一定的約束作用，改善墻肢的受力狀態。因此，連梁對于剪力墻結構尤為重要，在起到連接墻肢作用的同時，還對所連接的墻肢起到一定的約束作用。

5.2 連梁設計的處理方法

在帶連梁的剪力墻設計中，連梁的跨高比和截面尺寸受到許多因素的影響，設計不當經常出現連梁承載力超限或連梁截面不符合設計要求的情況，設計時可從以下方面考慮。

（1）對連梁的剛度進行折減

連梁由于跨高比較小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內力往往很大，連梁屈服時表現為梁端出現裂縫，剛度減小，內力重分布。因此，在開始進行結構整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。高規（JGJ3—2002）中解釋說高層建筑結構構件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設計的剪力墻結構中的連梁剛度相對墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設計困難。

因此，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當開裂（剛度降低）而把內力轉移到墻體上。通常，設防裂度低時可少折減一些（6、7度時可取0.7），設防裂度高時可多折剪一些（8、9度時可取0.5）。但折減系數不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力。

（2）增加剪力墻洞口的寬度、減小連梁高度增加剪力墻洞口的寬度，即增加連梁跨度，減小連梁高度，其目的是減小連梁剛度，同時由于減小了結構的整體剛度，也就減小了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。

（3）增加剪力墻的厚度

增加剪力墻的厚度，即增加連梁的截面寬度，其結果一方面由于結構整體剛度加大，地震作用產生的內力增加，另一方面連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。由于剪力墻的厚度增加后，地震作用所產生的內力并不按墻厚增加的比例分配給剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁抗剪承載力不超限。

（4）提高混凝上等級

提高剪力墻的混凝上等級，其彈性模量增加的比例遠小于混凝土抗剪承載力提高的比例，因此也有可能使連梁的抗剪承載力不超限。

6 結束語

剪力墻結構設計中有很多需要注意的問題，也有一些技巧，只有熟練地掌握規范，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優秀作品。

參考文獻

[1] 趙西安 《高層建筑結構實用設計方法>（第二版）.

[2] 潘國雄.小墻肢與翼緣設計的建議.建筑結構.2001.11.