刍议框架剪力墙结构中的剪力墙设计

刍议框架剪力墙结构中的剪力墙设计

潘文翰

柳州市银星建筑设计有限公司广西柳州545007

摘要：框剪结构是一种常见建筑的结构，因其有着良好的防震、抗震效果，在高层建筑中有着良好的应用。在框剪结构中，剪力墙的设计工作是较为重要的一项工作，在设计过程中，设计人员要严格保证建筑工程的质量符合相关设计标准要求，合理确定剪力墙的厚度、数量，确保框剪结构的稳定性，并在设计过程中结合工程实际不断优化设计方案。本文结合实际工程案例对框剪结构进行总结和研究，并对设计时应该注意的问题进行了探讨分析，望对框剪结构的设计工作起到一定的启示作用，促进框剪结构设计工作的顺利进行。

关键词：框剪结构；剪力墙；设计；方法；注意事项

0前言

框剪结构的布局具有较强的灵活性以及良好的防震、抗震效果，因此框剪结构建筑在人们的生活中比较常见。而随着人们生活水平和质量的提高，对框剪结构建筑的质量提出了更高的要求，这也增大了设计人员完成设计任务的难度。这就要求设计人员在设计过程中要不断提高剪力墙结构的承载能力，提高建筑的防震、抗震效果，不断优化设计方案。本文结合实际工程案例对框剪结构进行总结和研究，并对设计时应该注意的问题进行了探讨分析，以供参考和借鉴。

1工程概况

A工程属于临街建筑，最底层为商场，2～12层为住宅，一层层高为4.6m，标准层层高为3.0m，总高为38.2m。地质持力层为中风化的泥质灰岩，深度直达地表下5米，场地土壤属Ⅱ类场地土。A工程的防震工程标准为Ⅵ级地震强度，最底承载地震时加速度为0.05g。该地位置较为平坦，地底活动较为稳定，基本风压为0.3kN/m2，属于反震工程分组的第一类建筑。

2框剪结构剪力墙设计的方法

2.1剪力墙平面布置

1.剪力墙布置应均匀、分散、对称和周边的原则。均匀：在地震力作用下，刚度大的墙肢会承担更多的地震力，刚度均匀有利于整体受力；分散：过度集中的墙体布置不易达到多道设防的性能指标，还要避免单片剪力墙底部承担的水平力超过结构底部总水平剪力的40%；对称和周边：可以增加抗倾覆能力，以减小结构扭转。

剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、楼电梯间处、平面形状变化及恒载较大的部位，应使结构的刚度中心和质量中心接近。平面形状凸凹较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙，增加结构整体刚度。

2.剪力墙结构中全部竖向力和水平力都由剪力墙承受，剪力墙的布置应使建筑物具有良好的空间工作性能，所以一般应沿建筑物的主要轴线纵横两个方向布置，特别是在抗震结构中，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。纵、横剪力墙宜组成L形、T形和槽形、工字形、十字形或筒形等刚度较大的截面，尽量少出现一字形。

3.长墙应通过设置结构洞分成联肢墙以改善结构整体刚度并使刚度合理分布。较长的剪力墙宜开设洞口，将其分为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙长较小时，容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体配筋能够充分的发挥作用，从而可避免脆性破坏的剪切破坏。因此墙肢截面高度不宜大于8m。

4.洞口布置在剪力墙的截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。以防洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢，因为小墙肢剪力墙不能将剪力墙抗剪的优势发挥出来，且会增加含钢量，经济指标不理想。

2.2剪力墙竖向布置

1.剪力墙应尽量拉通对直，以增强抗震能力。门窗洞口上下各层对齐，形成明确的墙肢和连梁，使受力明确，有良好的抗震性能。在剪力墙结构中，应尽量避免出现错洞剪力墙和叠合错洞墙。叠合错洞墙的特点是洞口错开距离很小，甚至叠合，不仅墙肢不规则，而且还在洞口之间形成薄弱部位，对抗震尤为不利。

2.剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高，使结构上下刚度连续、均匀。剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。楼层的侧向刚度不宜小于相邻上一层的70%和其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。

2.3剪力墙数量的确定

剪力墙的数量一般与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好，但从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震力和材料用量增大，造价提高。因此，剪力墙的数量应适宜，只需满足侧向变形的限值即可。

根据工程设计经验，在7度（0.15）区Ⅱ类场地，20层左右的高层剪力墙结构布墙率（本层剪力墙的面积与本层总建筑面积之比）在5%左右为宜，可同时满足规范要求和经济性指标。

剪力墙数量的确定需要结合工程实际，在保证框剪结构稳定性的同时，也要降低施工的成本。在计算时，要考虑框剪结构的承载能力，要加强对剪力墙以及框架柱倾覆弯矩比例的控制。对于剪力墙的数量确定过程中，不仅要按照相关标准及规定进行计算，同时应该根据实际的建筑性质及其剪力墙的厚度进行全面的考虑。考虑到剪力墙具有延伸性，在相关的个别建设中，也可以利用这一性质，例如：当墙体宽度较大时，其宽高比大于2，可以利用剪力墙其延伸性的特点，将其设计为弯曲破坏得结构，从而避免弯曲造成的幅度使得剪力墙的结构造成中断，影响其整体的稳定性及作用。当墙的长度较长时，为了满足宽高比小于2，可以采用墙间开孔的方式，将长墙分解为较多数量的分墙，不仅使得其结构更加稳定，同时方便墙进行后续加工及美化，增大墙之间的独立性。因开洞形成洞口连梁则采用弯矩较小连梁进行连接，使墙段的本身认为是分成独立的墙段。

此外，连梁的两端连接处的剪力墙相对其他部分较长，形成了一个整体，刚度大，因此水平方向上受到的地震力较大，连梁与剪力墙间的传力构件容易出现超限剪切的状况。为解决此问题，可以考虑将其洞口开大，减小连梁量测剪力墙的长度，使得产生的缝隙宽度小，对墙整体的作用及稳定性产生的影响不大，使得墙体配筋可以充分地发挥其作用。另外，剪力墙洞口布置要尽可能避开平面外弯矩作用在形成洞的连梁上，否则受力不利，容易发生坍塌。剪力墙数量在计算时，要注意对其比例进行控制，通常底层结构的剪力墙的截面面积（Aw）及柱截面的面积（Ac）之和对楼层的面积（Af）之比及剪力墙的截面面积（Aw）与楼面的面积（Af）之比控制在适合的范围内。

2.4剪力墙间距的确定

住宅建筑的常见开间为3~4米，剪力墙布置可以结合开间情况布置，一般墙体布置按按承重情况可分为小开间横墙承重和大开间横墙承重两种方案。

第一种方案为每个开间布置，墙间距一般为3~4米，形成小开间横墙承重，第二种方案为隔开间布置，墙间距一般为6~8米，形成大开间横墙承重。

方案一适用于结构层数较高的建筑，如房间规整的高层公寓，可以控制结构整体变形，但结构刚度较大，自重大，含钢量高，造价较高。

方案二适用于一般住宅及底部为商业，上部为住宅的结构形式，钢筋砼墙体数量的减少，不仅有利于建筑的灵活布置，增大使用面积，方便用户，而且钢筋及砼用量减少，省材料，自重轻，降低结构造价。但为了保证楼、屋盖的侧向刚度，能保证楼、屋盖有效地传递地震剪力给剪力墙，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形应控制剪力墙的最大间距。

3剪力墙布置的细节问题

1.高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高层建筑，不宜布置短肢剪力墙。当结构体系属短肢剪力墙结构时，按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条规定，对实际设计影响较大的有墙厚的限制、轴压比限值降低、剪力设计值提高及配筋率的提高的加强措施，实际设计时，宜尽量避免采用短肢剪力墙结构体系，以获得较优的经济指标。在短肢剪力墙较多时，应连接成筒体或一般剪力墙（墙肢截面的高厚比大于8），以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。当不可避免要布置短肢墙时，应尽可能设置翼缘。

2.控制剪力墙平面外弯矩，应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩。另外剪力墙两侧楼板不宜同时开大洞以保证墙体的侧向稳定。

3.不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。一方面连梁刚度较弱，支撑在连梁上的主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩；另一方面连梁跨高比小，以剪切变形为主，支撑主梁会进一步加大连梁本身的剪切内力，容易出现裂缝，在地震力作用下连梁的脆性破坏会导致主梁随之破坏，因此应尽量避免，否则，在结构计算中，可以在SATWE特殊构件定义中将梁端定义为铰接，并应采取可靠的构造加强措施。

4结语

在建筑行业，框架结构有着广泛的应用范围，在应用框剪结构时，设计人员需要做好剪力墙的设计工作，要合理选择设计方法，还要保证建筑结构的稳定性，提高框剪结构的抗震能力。剪力墙的数量、间距、结构平面及竖向布置应根据具体工程的建筑使用功能、综合经济技术指标等诸多因素加以确定，并对工程进行优化设计，墙体配筋率适宜，使结构设计既符合现行规范要求，又达到经济指标合理适用。

参考文献

[1]缪志伟.钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究[D].清华大学，2014.

[2]李伟锋.基于层单元的框剪结构剪力墙刚度优化[D].西安建筑科技大学，2015.

[3]石上清泉.剪力墙布置的基本原则[DB/OL].

http：//blog.sina.com.cn/s/blog_5f6f8ddd0102w915.html.2016-01-10.