建筑剪力墻結構設計應注意的問題分析

摘要：剪力墻結構平面形狀簡單、規則，剛度和承載力分布均勻，豎向布置自下而上連續布置，可避免剛度突變。因此，應用廣泛。本文對建筑剪力墻結構設計時應注意的問題進行了分析。

關鍵詞：剪力墻 結構設計 注意問題 分析

在建筑工程中，剪力墻結構室內無柱及梁的棱角露出，更為美觀，使用功能也更好，且增大了使用面積，故受到開發商和業主的廣泛歡迎。下面分析一下剪力墻結構設計時應注意的問題。

1 建筑方案的確定對結構的影響

建筑方案要求滿足總體規劃的要求，建筑使用功能的要求，有時候要較大空間，較復雜的造型來滿足這些要求。由于短肢剪力墻在布置上比較靈活并且可以使建筑獲得較大的空間，因此，適當布置一些短肢剪力墻很有必要。在滿足建筑要求需要的前提下，尋找合理的結構布置方案，筆者認為有以下幾點影響：（1）由于房間功能分區的需要，在結構中一般不要只宣布一般剪力墻，以便造成房屋的總重量過大，對抵抗力水平地震作用不利；（2）為了獲得較大的使用空間，短肢剪力墻的數量可能會布置過來，這樣會造成整個房屋的整體剛度不足，從而可能會造成層間位移和頂點位移不滿足規范的相關規定；（3）由于建筑功能的需要，有時需要在剪力墻上開洞，削弱了墻體的抵抗力，減小墻體的等效剛度，同時洞口四周的角度位置易受力而開裂，使結構喪失承載能力。當然，對于有些截面高度較大的墻體，在中間的位置開洞對結構可能是有利的，因為這樣可以減少其等效剛度，減少分配到的地震力，從而使各剪力墻的受力均勻，整體抵抗力增強，充分發揮結構的承載能力。

2、水平荷載

水平荷載的大小由建筑結構的布置來決定的。

為了減少地震作用，可以選用較輕質的材料，這些材料同時能滿足外墻保溫，內墻隔斷、隔音和防火的要求，能抵抗外力的作用，且不影響建筑使用要求。特別是高層建筑，需要考慮防火，以滿足使用和安全疏散的要求，這樣就要設置設備層包括水箱間、電梯機房，使得頂層的荷載較大，同時規范規定，對于突出頂層的小房子，當計算地震作用的同時，其重力荷載代表值乘以地震力增大系數3（但增大的部分不向下傳），對結構的受力不利，所以在設計這些設備時只需要滿足需要即可。

一旦建筑方案、選用的建筑材料、結構的布置確定，那么水平荷載的計算就只需按照規范的規定計算：高度不大于40m，質量和剛度分布比較均勻，以剪切變形為主的結構的地震作用可以用底部剪力法計算，除此之外的結構需要用振型分解法計算地震作用。

3、截面幾何特征

3.1 剪力墻等效剛度

等效剛度的計算首先要判斷剪力墻的類型，在一定程度上，判斷的剪力墻的類型就決定了剪力墻等效剛度的大小。同時，剪力墻的類型又與墻上的開洞情況有關。正是這些原因，規范上規定剪力墻上開洞不宜過大，且孔洞間間距及孔洞至墻邊凈距不宜太小，采取構造措施對洞口進行加強，防止結構由于局部失去承載能力而使整個結構失去承載能力，否則剪力墻的等效剛度就較小，需要布置更多的剪力墻才能滿足結構頂點位移和層間位移的需要。

3.2 壁式框架的剛度

壁式框架的剛度主要與壁梁和壁柱的線剛度有關，壁梁和壁柱的線剛度主要與其截面的高度有較大的關系，壁梁的截面高度大，它的慣性距就大，對柱的約束能力越強，壁柱的截面高度大，柱的線剛度越大，兩者結合起來，壁式框架的抗側剛度就大，從而提高總壁式框架的等效剪切度。

3.3 連梁剛度的計算

連梁剛度的計算，與計算簡圖的確定有關。據總剪力墻和總壁式框架間聯系和互相作用方式不同，將壁式框架剪力墻結構水平荷載作用下的計算簡圖分為鉸接體系和剛接體系。如果剪力墻之間由連系梁連接，連系梁對剪力墻產生約束彎矩，此時宜將結構簡化為剛接計算體系，按規范要求計算連系梁的剛度，但有時把連系梁及由其連接的兩片剪力墻看作聯肢墻時，可以將結構簡化為鉸接體系，而無需計算連系梁對剪力墻的約束彎矩，在計算剪力墻的等效剛度時按聯肢墻計算即可。

3.4 結構的剛度特征值

結構的剛度特征值λ與結構的高度、剪力墻的等效剛度、總壁式框架的等效剪切剛度和連系梁的等效剛度有關，是反映綜合壁式框架和綜合剪力墻之間剛度比值的一個參數，是影響壁式框架-剪力墻結構受力和變形的主要參數。

4、主體結構在水平荷載作用下的協同工作

水平荷載作用在結構中的分配，首先是根據結構的計算簡圖在總剪力墻和總壁式框架之間進行分配，如果是較接體系，把總壁式框架受到的總剪力根據柱的抗側剛度的大小分配給各個壁柱，根據節點的平衡求得壁梁梁端的彎矩和剪力，把求得的剪力墻的總彎矩和總剪力按照墻體的等效剛度分配給各片剪力墻；如果是剛接體系，先根據壁式框架剪切剛度和連梁等效剛度分配廣義總剪力，再把壁式框架受到的總剪力根據柱的抗側剛度的大小分配給各個壁柱，根據節點的平衡求得壁梁梁端的彎矩和剪力，剪力墻的總彎矩需加上總連梁的約束力距，然后再按等效剛度進行分配。在這種分配方式下，對于壁式框架，抗側剛度大的壁柱，受到的力就大，它的配筋需要加大。

5、內力計算及組合

重力荷載作用下，在高層建筑中，對于壁式框架，可以采用活荷載滿布的情況通過分層法進架內力的計算。這種荷載布置方式可以覆蓋大部分的不利內力組合的情況，能滿足構件承載能力的要求。對于其他類型的剪力墻，在重力荷載作用下，我們只計算各個墻肢的軸力。

在進行內力組合的時候，由于是手算，且時間有限，只能取有代表性的構件進行組合。在豎向荷載作用下，由于是滿布，結構的內力可以看作是固定的；在水平荷載作用下，壁式框架受到的力有幾個層次：在底部受到的水平力較小，但由于軸力較大，需要進行內力組合；中間幾層受到的水平力相對最大，軸力相對底層減少較多，需進行內力組合；頂上幾層，軸力較小，為了更加經濟，需對其進行內力組合，計算其配筋，減少鋼筋的使用量。壁梁除了豎向荷載下產生的內力以外，主要是根據節點平衡分配給壁梁的彎矩，使壁梁梁端和跨中產生不利內力組合。由于在水平荷載下分配給壁框架的剪力進行了調整，所以各層壁梁和壁柱節點分配給壁梁的內力相差不大，對相應于壁柱內力組合的各層壁梁內力進行組合即可。

其它類型的剪力墻在底層受到的彎矩和剪力都很大，所以需要對底層的剪力墻截面進行內力組合，在中間偏上位置，由于剪力墻受到的彎矩和剪力都出現了轉折點，為了降低成本，需對其進行內力組合，減少鋼筋的使用量。

6、截面設計

壁式框架截面設計，按照一般框架截面設計理論進行設計。需根據荷載效應組合所得內力按構件正截面抗彎、斜截面抗剪承載力要求計算構件的配筋數量。

抗震結構在設防烈度下，構件進入塑性變形狀態，為了有良好的耗能能力，以及在強震下結構不倒塌，抗震結構要求設計成延展性結構，其構件應有足夠的延性。因此規范規定：在進行截面設計時，要做到“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點強錨固”，對壁梁和壁柱剪力設計值進行調整、壁柱的設計彎矩進行調整、底層柱的彎矩加大。

其他類型的剪力墻的截面設計，應進行正截面偏心受壓、偏心受拉和斜截面抗剪承載力計算。墻體在集中荷載作用下還應進行局部受壓承載力計算。在進行剪力墻配筋時，首先按構造要求確定水平和豎向分布鋼筋，一般情況下，正截面縱向受力筋按對稱配筋率的要求。同時規范規定，對剪力墻的底部加強部位的內力進行調整。對于開洞的剪力墻，小洞口腳部容易應力集中，應加強配筋，大洞口周圍應設暗梁和暗柱，對洞口進行加強。

參考文獻：

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2.金海軍.基于高層住宅中混凝土剪力墻結構優化設計研究[J].價值工程.2012（02）

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