剪力墙结构设计中若干问题探讨
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D辛雯
摘要：随着经济和社会的发展,现代城市化建设得到了长足的发展,高层建筑在城市土地日益紧张的今天更是得到了投资者的青睐,也逐渐成为现代建筑的发展趋势。剪力墙结构作为一种高层结构体系,在现代高层建筑中应用非常广泛,特别是
高层剪力墙住宅近20年来在我国得到迅速发展。本文结合工程实例，就剪力墙结构设计中的几个问题进行一些探讨。
关键词：剪力墙；高层建筑；结构设计
一、 工程概况
西安湖城大境住宅楼，位于西安曲江南侧，建筑面积17万m2，共11栋，其中的6＃楼共15层.,每层层高3m, 总高49.75m。本建筑物抗震等级为二级，本地区抗震设防烈度为8度，地面粗糙度为c类，该位置的地面以下有自重湿陷性黄土，大部分地区湿陷等级为II（中等）级。
二、剪力墙结构的优缺点
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构,它一般为钢筋混凝土墙,高度和宽度可与整栋建筑相同。
剪力墙结构优点是剪力墙结构刚度大,整体性好,用钢量较省,抵抗侧向变形能力强；抗震性能较好,设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。在高层住宅、旅馆等居住性建筑中,居室和客房均为小间,分隔墙较多,采用现浇剪力墙结构,可以将承重墙与隔墙合二为一,相对来说比较经济。另外,采用现浇剪力墙结构,室内较框架结构简洁,没有露梁及露柱现象,外形美观,便于室内布置。但是,也有一些缺点:1)剪力墙结构抗侧刚度大,引起较大地震反应,使得上部结构和基础费用增加；2)由于砼墙体较多,使得建筑物重量增加,这也同样引起较大地震反应,造成浪费；3)剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低,使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；4) 剪力墙结构中墙体多为构造配筋,配筋率。
二、剪力墙设计
1剪力墙科学合理的布置
剪力墙布置必须均匀合理,使整个建筑物的质心和刚心趋于重合,且x,y两向的刚重比接近。在结构布置应避免“一”字形剪力墙,若出现则应尽可能布置成长墙(h/w>8)；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上,若无法避免,则剪力墙相应部位应设置暗柱,当梁高大于墙厚的2.5倍时,应计算暗柱配筋,转角处墙肢应尽可能长,因转角处应力容易集中,有条件时两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍以下为短墙,大于8倍则为普通墙。短肢墙在抗震设防烈度为八度区不宜使用,故我区一般均采用墙肢高厚比大于8,该工程剪力墙布置后刚心和质心x向在同一位置,y向相差0.5 m,大大减小了扭转效应；有部分主梁搁置在剪力墙上,在相应部位设置暗柱,截面尺寸为墙厚×200mm,箍筋为φ8@100。
2剪力墙配筋及构造
2.1剪力墙配筋
该工程剪力墙地面以上墙厚均为200mm,水平钢筋放在外侧,竖向钢筋放在内侧。水平筋加强区Φ10@200双层双向,双排钢筋之间采用φ6@500×500拉筋;非加强区φ8@200双层双向,双排钢筋之间采用φ6@600×600拉筋。地下部分外围墙体竖向配筋Φ12@150为主要受力钢筋,水平筋则构造配置,该工程Φ12@200。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制,简化计算后由竖向筋控制.为增大计算墙体的有效高度,可将地下部分墙体的水平筋放在内侧,竖向钢筋放在外侧.地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定:迎水面保护层应大于50mm,且在保护层内按《混凝土结构设计规范》第9.2.4条规定增设双向钢筋网片,当采取了双向钢筋网片后,计算保护层厚度至少按30mm来取值,这对节省墙体配筋效果相当明显。
2.2剪力墙边缘构件的设置
试验研究表明,钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比,其极限承载力提高约40%,耗能能力增大20%,且增加了墙体的稳定性,因此一般一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件;其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件.有工程技术人员对剪力墙约束边缘构件配箍特征值偏大的问题进行了研究,对该工程计算结果中在墙肢轴压比小于0.25情况下计算配筋仅为构造配筋,而约束边缘构件配筋则高达40cm2,造成设计时钢筋配置困难,施工难度更大,虽然在小高层设计不常见,但上述情况也反映出配箍特征值偏大的实际情况,故对剪力墙的配筋应首先区分剪力墙的受力特性及类别,即普通剪力墙(长墙)、短肢剪力墙、小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待。对于普通剪力墙,其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率,建议加强区0.7%,一般部位0.5%;对于短肢剪力墙, 应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区1.2%,一般部位1.0%;对于小墙肢其受力性能较差,应严格按《高规》控制其轴压比,宜按框架柱进行截面设计,并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%,一般部位1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体,设计中往往按长肢墙进行暗柱配筋并不妥当,建议有两种方法:其一,计算中另一方向短肢不进入刚度,则配筋可不考虑该方向短肢影响；其二,计算中短肢计入刚度,则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率在加强区取1.0%,一般部位可取0.8%。同时,对抗震等级为二级的剪力墙,在重力荷载代表值作用下轴压比小于0.30时可按《高规》仅设置构造边缘构件,即使设置约束边缘构件配筋也不宜过大。该工程地面1,2层均设置约束边缘构件,纵筋最大直径为Φ16,加强区暗柱配筋率最大为1.1%,最小为0.8%；3层及3层以上均为构造边缘构件,构造边缘构件纵筋配筋率普遍在0.6%～0.7%.
2.3剪力墙的连梁
在剪力墙结构中,连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在水平荷载作用下,墙肢发生弯曲变形,使连梁端部产生转角,从而使连梁产生内力,同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形 ,对墙肢起到一定的约束作用 ,改善墙肢的受力状态。因此,连梁对于剪力墙结构尤为重要,在起到连接墙肢作用的同时,还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。
连梁一般具有跨度小,截面大,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此,高层建筑在水平力作用下,连梁的内力往往很大。虽然在计算中对其刚度进行折减,但在地震作用下弯矩、剪力仍很大,有时很难进行设计,如果加大连梁高度,配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞,上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞,连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底,有时则高度太高,这样高跨比太大,并且与计算图形不符,相应配筋亦较大,不合理，所以连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面,对于窗洞楼面至窗台部分可用轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时,可再增加1根梁,2根梁之间用轻质材料填充。连梁配筋应对称配置,腰筋同墙体水平筋，该工程连梁截面均为墙厚×400mm,大部分连梁纵筋为4Φ14,箍筋为φ8@100；个别连梁纵筋为4Φ16,箍筋为φ8@100。
2.4剪力墙的暗梁
目前,各设计院在剪力墙的楼层处均设置暗梁,而对暗梁的作用及配筋亦各有理解。对于框架-剪力墙结构,如剪力墙周边仅有柱而无梁时,宜设置暗梁,并且要求剪力墙两端是明柱,这是因为周边有梁柱的剪力墙,抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有这方面的要求,在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有利的,但究竟有多大则无从确定。因此在楼层位置设置暗梁虽然可行,但没有必要设置太大断面及配筋。该工程底部加强区断面取墙厚×400mm,配筋上下各2Φ16(不少设计都采用4Φ18或4Φ20造成浪费),一般部位断面取墙厚×300mm,配筋上下各2Φ14。
三、结束语
该工程建成后，在满足建筑使用要求的情况下，结构设计中也充分体现了剪力墙结构的优点，其刚度大、位移小、舒适程度高，适用于高层住宅建筑。
参考文献：
[1]赵玉祥.钢筋混凝土高层建筑设计中若十问题的探讨[J ]. 建筑结构学报,1998(2):12～22.
[2]GB50011 —2001 , 建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002.21～25.
