分析建筑結構設計中剪力墻結構的設計要點

雷引弟

【摘 要】基于建筑工程中，尤其是高層建筑中對剪力墻的使用越來越多的實際情況，從剪力墻結構的經濟長度確定角度入手，對折算厚度、高度、厚度、抗震等級、邊緣構件配置等剪力墻結構設計要點進行深入分析，根據研究和實踐經驗提出相應的設計方法與設計中需要注意的問題，為保證剪力墻結構設計合理性、可行性，使剪力墻發揮應有作用效果提供參考借鑒。

【關鍵詞】建筑結構設計；剪力墻結構設計

中圖分類號： TU398.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）19-0116-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.051

Analysis of design points of shear wall structure in building structure design

LEI Yin-di

（Gansu Civil Engineering Science Research Institute Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730000，China）

【Abstract】Based on the increasing use of shear walls in building engineering， especially in high-rise buildings， the design points of shear wall structure， such as converted thickness， height， thickness， seismic grade and edge component configuration， are analyzed in depth from the angle of determining the economic length of shear wall structures. In order to ensure the rationality and feasibility of the shear wall structure design， the practical experience has been put forward in the design method and design，which can provide reference for the shear wall to play its due effect.

【Key words】Building structure design；Shear wall structure design

剪力墻，也可稱之為抗震墻、結構墻或抗風墻，在建筑整體結構中有重要作用，而剪力墻的設計也是建筑結構設計的一大難點，需要引起相關設計人員的高度重視，關注每一個設計要點。

1 剪力墻結構的經濟長度

對于短肢剪力墻，即截面高度在1600mm以內，且厚度在300mm以內的剪力墻，有較多該結構的剪力墻為：在受到水平方向地震作用后，結構承擔的傾覆力矩不小于結構總力矩30%。

如果結構為短肢剪力墻，根據現行規范要求，最大高度應稍作降低，在7度設防區，剪力墻高度不能超過100m，底部所占力矩之比應控制在50%以內。若采用這種結構，應進行加強處理，對設計有直接影響的包括：對于一級短肢剪力墻，其底部加強區軸壓比應控制在0.45以內；對于二級短肢剪力墻，其底部加強區軸壓比應控制在0.50以內；對于三級短肢剪力墻，其底部加強區軸壓比應控制在0.55以內；當截面為一字型剪力墻時，以上軸壓比的要求應降低0.05；而底部加強區上部應控制以上要求值加上0.05的限值內。

對于非底部加強處，一級短肢剪力墻，其剪力需考慮1.4的增大系數；二級短肢剪力墻，其剪力需考慮1.2的增大系數；三級短肢剪力墻，其剪力需考慮1.1的增大系數。

如果剪力墻的高度、厚度之比在6以內，對于豎向配筋率，一級短肢剪力墻底部加強區應達到1.2%以上，非底部加強區應達到1.0%以上；二級短肢剪力墻底部加強區應達到1.0%以上，非底部加強區應達到0.8%以上；三級短肢剪力墻底部加強區應達到0.8%以上，非底部加強區應達到0.6%以上。如果剪力墻的高度、厚度之比超過6，且仍然設置有邊緣構件，對于豎向配筋率，一級的短肢剪力墻，其底部加強區應達到1.6%以上，非底部加強區應達到1.4%以上；二級的短肢剪力墻，其底部加強區應達到1.4%以上，非底部加強區應達到1.2%以上；三級的短肢剪力墻，其底部加強區應達到1.2%以上，非底部加強區應達到1.0%以上。

通過和1650mm長、200m厚的剪力墻的對比，可得：從總工程造價角度講，減小短肢剪力墻長度，能降低造價；僅從含鋼量方面看，當抗震等級為一級，且剪力墻長度在1400mm以內時，其含鋼量相對較低；當抗震等級為二級，且剪力墻長度在1200mm以內時，其含鋼量相對較低；當抗震等級為三、四級，且剪力墻長度在1000mm以內時，其含鋼量相對較低。以上即為經濟界限長度。因此，在設計工作中，為減少工程造價，可布置適宜的短肢剪力墻，通過控制，避免達到存在相對較多結構體系的程度，而且長度比經濟長度要小，當高厚度比小于4，且厚度不變時，長度越短，經濟性越好。

按照現行建筑規范，一般建筑物上部為標準層，其剪力墻的厚度為200-250mm，如果長度超過1650mm，則為一般剪力墻；如果下部樓層的層高相對較大，則可將剪力墻的厚度調整到300mm以上。在經濟性方面，可以按照以上基本原則選擇比例適宜的剪力墻。

在實際設計工作中，經常會遇到以下情況，選擇一個整體長剪力墻，還是選擇一個通過開洞形成的兩片剪力墻而矛盾。兩片剪力墻上有兩個暗柱，所以其造價可能與一個整體長剪力墻相當。基于此，應對這兩者進行綜合對比，設兩片墻都是經濟長度的剪力墻結構，經對比可知：其一，通過含鋼量比對，處在加強區與非加強區中的剪力墻，如果一個整體長剪力墻的長度在7000mm和1200mm以內，則其含鋼量將低于兩片剪力墻。由此可以看出，僅考慮含鋼量和總造價的分析結果可能完全相反，而當前在市場上一般主要參考的是含鋼量，所以在具備布置一個整體長剪力墻的條件時，不得進行刻意分片。

2 剪力墻折算厚度

對于某個樓層，其剪力墻折算厚度主要定義成以下形式：此樓層剪力墻總體積和結構總面積的比值，該值能直接反映出剪力墻的經濟性。如果折算厚度處在合適范圍內，則要將配筋率在符合要求的基礎上控制在一定限度內，最終使結構達到技術可行與經濟合理。從以往的工程經驗可以看出，如果建筑為小高層，即地上12層左右，則標準層的折算厚度需要為90-100mm；如果建筑為地上18層左右，則標準層的折算厚度需要為120-130mm；如果建筑為地上25層，則標準層的折算厚度需要為140-150mm。當折算厚度較大時，說明剪力墻的面積或者是數量過大，對應的計算結果為：軸壓比較小，位移角與規范相比存在很大的富余，此時充分考慮并做好優化，最終有效控制成本。對于最優截面，其軸壓比應與限值十分接近，如果上部樓層的軸壓比相對較小，且厚度為200mm，可以通過對長度的減小，有效保證經濟指標。

3 剪力墻截面高度和厚度

3.1 標準層

通常情況下，普通住宅建筑的標準層，其剪力墻厚當為200mm時，可滿足軸壓比與穩定性基本要求。此時，除了以下特殊情況，截面高度均可以確定為1650mm，這些特殊情況包括：需提高剛度；需滿足建筑構造要求；減少梁跨等，這樣即可形成一般剪力墻。與此同時，在層間位移和軸壓比依然可以符合要求的基礎上，可采用長度比經濟界限長度小的短肢剪力墻。

3.2 底部層高相對較高的樓層

為滿足使用功能方面的要求，很多建筑在設計中于底部采用很大的層高，此時，為保證剪力墻結構的穩定性，應有足夠的厚度。如果厚度超過300mm，則對1650mm長剪力墻與長度超過1200mm的短肢剪力墻，依然為一般剪力墻。

4 剪力墻結構抗震等級與邊緣構件的合理配置

4.1 一般剪力墻

多高層建筑中采用的剪力墻需按照規范通過查表確定相應的抗震等級，考慮到非高層結構沒有短肢剪力墻，所以在多層結構中，截面高、厚度比值超過4的剪力墻都視為一般剪力墻。無論是各級剪力墻的底部，還是上部，都應增設邊緣構件，而對于四級剪力墻，在全高范圍內僅需采用構造構件，無需考慮約束。

4.2 短肢剪力墻

對于短肢剪力墻，它是針對高層建筑結構而提出的，根據規范的要求，一級短肢墻，軸壓比在底部加強區內時，不得超過0.45；二級短肢墻，軸壓比在底部加強區內時，不得超過0.50；三級短肢墻，軸壓比在底部加強區內時，不得超過0.55；若截面形狀為一字型，則軸壓比要求應降低0.05；在底部加強區上部時，應將要求值提高0.05。

4.3 錯層結構墻

在當前的設計規范中，對錯層給出以下定義：層高差距比相連部位的樓面梁高，或層高差距比相連部位的樓面梁小，但板之間的垂直凈距比支承梁寬大時，即產生錯層。一旦產生錯層，將帶來如下影響：一方面，樓板中對剪力進行傳遞的路徑產生局部中斷，當較為嚴重時，導致無限剛這一假定無法成立；另一方面，如果樓板上高差有明顯變化的結構受地震作用后產生反向運動，則會對交接部位構件造成影響，產生一定附加應力。在設計過程中，由于樓板凹凸不平的情況極為復雜，其對結構造成的影響并非完全產生以上影響，所以需要以設計情況為依據，對尺度進行靈活掌握與準確判斷。比如，普通標準層當中的衛生間凹板，并不會使剪力的實際傳遞發生中斷，所以不屬于錯層；又比如，第一層平面塔樓外范圍樓板下沉覆土和塔樓范圍的樓板形成高差，由于塔樓之外的樓蓋處于地下，則相對較低的一側不會受到地震太大作用，并且因覆土會對高差產生限制，水平方向上的剪力可沿縱向不斷傳遞到覆土的頂板部分，減少或避免附加應力的產生，所以也不屬于錯層。

對于錯層交接位置以外受力的結構，在抗震設計過程中，厚度應達到250mm以上，同時還應布置和它保持垂直位置關系的墻肢，將抗震等級提高一個等級。此外，在錯層位置上，剪力墻所有混凝土材料的強度等級必須達到C30以上，并于水平、豎向兩個方向布置鋼筋，通過分析計算確定適宜的配筋率，當有抗震要求時，應保持在0.5%以上。除此之外，在錯層位置上布置的框架柱，其截面高度必須達到600mm，且混凝土的強度等級達到C30以上，將抗震等級提高一個等級，并將箍筋在全柱段進行加密處理。

5 結束語

綜上所述，在建筑結構設計工作中，剪力墻的設計是一個復雜的系統問題，關系到結構體系的方方面面，而且剪力墻結構特點顯著，如利用間隔墻進行豎向構件的布置，不會和建筑使用功能產生矛盾；數量可多可少，需根據抗側力要求確定，也可根據布置與尺寸對剛度中心具體位置進行調整；連接墻體的梁，隨墻肢位置而設于間隔墻豎平面以內，可實現隱蔽等。在剪力墻設計中需要考慮到諸多實際問題，包括經濟長度、折算厚度、高度、厚度、抗震等級、邊緣構件配置等，只有關注并做好每一個細節，才能保證剪力墻設計的合理性與可行性，保證結構安全穩定。

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