浅谈钢筋混凝土剪力墙结构设计

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　　摘要：随着现在住宅建筑越来越高，剪力墙结构其更大满足建筑使用功能的优势越加明显，剪力墙结构在住宅建筑中的应用也越来越多，本文就钢筋混凝土剪力墙结构的受力特点及设计方法做简单的论述。
　　关键词：钢筋混凝土；剪力墙结构；受力特点；设计方法
　　Abstract: with the now residential building more and more high, the shear wall structure their more meet the use function building more obvious advantages, the shear wall structure residential building in the application more and more, this paper reinforced concrete shear wall structure of the mechanical characteristics and design method of doing the simple discusses.
　　Keywords: reinforced concrete; The shear wall structure; Mechanical characteristics; Design method
　　
　　
　　中图分类号：TU398+.2 文献标识码：A 文章编号：
　　在现在住宅结构中，常见一种利用钢筋混凝土结构墙去充当建筑分隔墙的做法，而且结构墙的厚度往往很薄，但高度很高。这种结构墙在其墙身平面内的抗侧移刚度很大，而其墙身平面外的刚度却很小，一般可以忽略不计。所以建筑物上大部分的水平作用或水平剪力通常被分配到结构墙，所以称之为剪力墙。剪力墙结构是指纵横向的主要承重结构全部为结构墙的结构。当墙体处于建筑物中合适的位置时，它们能形成一种有效抵抗水平作用的结构体系，同时又能起到对空间的分割作用。
　　一． 剪力墙结构的受力特点
　　剪力墙是截面高度大而厚度相对很小的“片”状构件。有承载力大和平面内刚度大等优点，也具有剪切变形相对较大、平面外较薄弱的不利性能。固定在基础上的较高实体悬臂墙，本身是静定，它需要与其他构件协同工作组成超静定结构。在设计中，可将剪力墙视为下端固定上端自由的大型薄臂悬臂梁，既承受水平荷载所引起的弯矩、剪力，又承受重力荷载所引起的轴向力。
　　在轴向压力和水平力的作用下，悬臂墙破坏形态可以归纳为弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏几种形态。弯曲破坏又分为大偏压破坏和小偏压破坏，大偏压破坏是具有延性的破坏形态，小偏压破坏的延性很小，而剪切破坏是脆性的。
　　剪跨比 表示截面上弯矩与剪力的相对大小，是影响剪力墙破坏形态的重要因素。由试验可知， ≥2时，以弯矩作用为主，容易实现弯曲破坏，延性较好；2＞ ＞1时，很难避免出现剪切斜裂缝，视设计措施是否得当而可能弯坏，也可能剪坏，按照强剪弱弯合理设计，也可能实现延性尚好的弯剪破坏； ≤1的剪力墙，一般都出现剪切破坏。在实体悬臂墙中，破坏多数发生在底部，剪跨比大的悬臂剪力墙表现为高墙（ ≥2～3），剪跨比中等的为中高墙（ =1～2），剪跨比很小的为矮墙（ ≤1）。
　　二． 剪力墙结构的设计方法
　　1、结构布置时宜尽量避免具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构
　　“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构”是指含截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的短肢剪力墙较多的剪力墙结构体系，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》）第7.1.8条则定量化地界定为“在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%的剪力墙结构”。当结构体系属具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时，按《高规》第7.1.8条规定，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%，并且结构的最大适用高度适当降低，同时需对短肢剪力墙采取加强措施，对实际设计影响较大的有“一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，分别不宜大于0.45、0.50、0.55，一字短肢剪力墙的轴压比限值应相应减少0.1”、“…其他各层（非底部加强部位）短肢剪力墙的剪力设计值，一、二、三级抗震等级应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1”等，故实际设计时，宜尽量避免采用较多短肢剪力墙的剪力墙结构体系，以获得较优的经济指标，同时也可相对简化设计，且结构也具有更高的可靠度。但应注意，即使结构不属“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构”，《高规》的7.2.2条仍对短肢剪力墙降低轴压比限值和加强构造配筋的要求。注意，多层建筑无短肢剪力墙一说。
　　2、合理确定剪力墙的截面高度与厚度
　　（1）标准层：一般住宅标准层剪力墙的厚度取为200mm则基本可满足稳定性和轴压比的要求，这时，除提高刚度需要或建筑构造需要或减少梁跨需要等情况外，剪力墙截面高度可取1650mm，即可满足成为一般剪力墙，我们可称之为200厚剪力墙的经济长度。
　　（2）底部层高较大的楼层：由于建筑使用功能的需要，建筑物在底部的地下室、架空层、裙楼等楼层往往具有较大的层高，这时剪力墙因稳定性的要求（构造或稳定验算）需有较大的厚度，对上部标准层长度为1650的一般剪力墙，则会因剪力墙厚度增大而使其在底部楼层变为短肢剪力墙，为使底部层高较大楼层的剪力墙仍能满足不属“短肢剪力墙”的要求，可考虑如下的处理方法：
　　① 将剪力墙厚度加大且大于300mm，则当剪力墙高度与厚度之比大于4时，仍可视为一般剪力墙，如即使层高为6米，当剪力墙厚度为400时，1650长度的剪力墙仍属一般剪力墙。实际操作时，对长度较大，轴压比较小的剪力墙，当稳定性能满足要求且截面高度与厚度之比亦不小于8时，也可不将剪力墙厚度加大至层高的1/15。该法的优点是基本不需加长剪力墙，对建筑功能不会有太大的影响。
　　② 在条件允许时，在楼层间设置一层分隔梁，沿剪力墙平面外拉设以提供其平面外平动及转角自由度的约束，大致相当于多设一层楼盖的效果，以减少剪力墙的计算长度，从而使剪力墙厚度不需太大也能满足一般剪力墙的条件，也能满足稳定性的要求。
　　③ 在保证剪力墙厚度能满足稳定性要求的前提下增加剪力墙长度，使50％以上面积的剪力墙截面高度与厚度之比满足不小于8的要求。该法的缺点是会使较多的剪力墙在底部楼层增加长度，因与建筑往往对底部车库、架空层、裙楼等有较大空间的要求相违背而影响建筑使用功能，建议慎用。
　　参考文献：
　　1、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
　　2、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
　　3、《剪力墙的设计方法》广州瀚华建筑设计有限公司内部参考
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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