剪力墙结构的设计要点与合理布置
[摘 要] 高层建筑是城市发展的必然趋势，剪力墙结构由于其抗侧刚度大、侧移小和抗震性能好等特点,被广泛用于现代高层建筑当中。框剪结构是在框架结构中设置一定数量的剪力墙而形成的双重结构体系。本文主要阐述了对剪力墙结构设计与合理布置的几点体会。
[关键词] 剪力墙 设计要点 合理布置
城市离不开建筑,建筑又是创造生活的一种手段。随着高层建筑结构的日益发展,其意味着高层结构设计逐渐被得到了广泛应用。剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层建筑领域。剪力墙结构具有剪切变形相对较大、平面外较薄弱的不利性能。现在十多层的住宅建筑比较多，在7度区，采用框架剪力墙结构比较普遍。剪力墙竖向荷载在墙体内主要产生向下的压力，侧向力在强体中产生水平剪力和弯矩，具有较大的承受水平剪力的能力。一般来说，剪力墙布置的越多，抗震越有利，但无限制的增加剪力墙会增加造价，而且无法发挥框剪结构的优越性。剪力墙房屋通常适用于临街的住宅、办公楼等建筑,它既可承重,又可耐寒,使用空间较大,房屋布置灵活,其造价比多层框架房屋经济，被广泛采用。在建筑设计中如何使建筑经济合理已成当务之急，剪力墙设计必须满足实用、经济、合理的使用要求。本文仅就高层剪力墙设计要点与合理布置提出肤浅的处理方法。
1.剪力墙结构的设计要点
剪力墙是房屋主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，防止结构剪切破坏。又称抗风墙或抗震墙、结构墙。增加剪力墙以后，结构刚度增加，自振周期缩短。结构墙用于钢筋混凝土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系中。满足规范的位移限制要求，满足剪力墙承受的地震倾覆力矩不小于总倾覆力矩的50%，且为了使框架充分发挥作用，满足框架承受楼层剪力不小于0.2Fek，这时的剪力墙数量最合理。
1.1沿结构主要轴线布置，避免单向有墙
1.1.1剪力墙结构的布置原则
(1) 双向布置
因为剪力墙结构中全部竖向力和水平力都由剪力墙承受。沿建筑物的主要轴线双向布置剪力墙。在抗震结构中，避免单向有墙的结构布置，使两个方向抗侧刚度相近。
(2) 拉通对直
拉通对直布置剪力墙，增强抗震能力。各层门窗洞口上下对齐，形成明确的连梁和墙肢，受力明确，计算简洁。避免错洞剪力墙和叠合错洞墙剪力墙，对抗震不利。
(3) 竖向贯通
剪力墙应该沿竖向贯通建筑物全高布置，允许沿建筑物高度改变墙厚和混凝土的等级，减少部分墙肢，避免各层刚度变化，致使应力集中。
(4) 忌小墙肢
避免洞口与墙边、洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不应小于三倍墙厚，用暗柱加强剪力墙的耐力度。
(5) 开设洞口
剪力墙较长的，应开设洞口，分程均匀的若干墙段，墙段之间采用弱梁相连接，独立墙段的总高度和其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8 m。
(6) 设置翼缘
高层建筑短肢墙应设置翼缘，不应设计全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢剪力墙较多时，应布置筒体结构。
(7) 控制外弯矩
采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，控制剪力墙平面外弯矩。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，以减小墙肢平面的外弯矩。
(8) 避免裂缝
不要把楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为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；连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝。
1.1.2剪力墙结构的设计要点
设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。剪力墙所承受的竖向荷载，一般是结构自重和楼面荷载，通过楼面传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁（门窗洞口上的梁）内产生弯矩以外，在墙肢内主要产生轴力。可以按照剪力墙的受荷面积简单计算。剪力墙具有“头重脚轻”、上刚下柔、的特点，为保证实现“小震不坏，中震可修，大震用不倒”的抗震原则。
1.1.3剪力墙的分类与受力特点
剪力墙结构的受力特征和墙体上有无洞门以及洞口的大小、位置和数量等情况有关。剪力墙结构分为整体剪力墙、整体小开口剪力墙、联肢剪力墙和壁式框架。
（1）整截面剪力墙
整体剪力墙没有门窗洞口或只有少量很小的洞口，可以忽略洞口的存在，简称整截面墙。该类墙的受力特点如同整截面竖向悬臂构件，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，对小洞口整截面剪力墙的一些结构参数需进行修正，以考虑小洞口对整体剪力墙的削弱。设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。
（2）整体小开洞墙
门窗洞口尺寸比整体墙要大一些，此时墙肢中已出现局部弯矩，这种墙称为小开口整体墙。剪力墙在水平荷载作用下的受力特征仍接近于整截面剪力墙，墙肢弯矩沿高度虽有突变，但没有反弯点出现，截面受力后基本保持为平面，大体符合平截面假定，正应力也大体按直线分布，变形属弯曲。受力性能也可按整体悬臂构件考虑，并应考虑墙肢的局部弯矩，水平荷载引起的整体弯矩的85%以上由墙肢轴力所产生的内力矩来平衡，局部弯矩不超过整体弯矩的15%。
（3）多肢或者双肢剪力
墙当底层需要大空间时，采用框架结构支撑上部剪力墙，就形成框支剪力墙。在地震区，不容许采用纯粹的框支剪力墙结构。洞口面积超过墙体总面积的16%，各墙体由连梁连接，墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。
（4）壁式框架
在联肢墙中，如果洞口开的再大一些，使得墙肢刚度较弱、连梁刚度相对较强时，剪力墙的受力特性已接近框架。由于剪力墙的厚度较框架结构梁柱的宽度要小一些，故称壁式框架。表现为洞口的尺寸较大,连梁线刚度和墙肢线的刚度相近,弯矩图在楼层位置产生突变,并且在大多数高层建筑的楼层中都会出现反弯点,而整个受力墙的变形则主要为剪切型,与框架的受力状况类似。
2.剪力墙的布置
剪力墙结构平面布置应根据建筑的使用功能、墙体构件类型、施工工艺及综合经济技术指标等多种因素加以确定。剪力墙要沿两个正交的主轴方向依次布置，坚持“均匀、对称、周边、分散”的原则来布置剪力墙。宜沿主轴方向或其他方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜分别联结在一起，尽量拉通、对直。可以从建筑物的四角到四边均匀布置，然后考虑楼电梯间，再考虑一些平面转角处，最后看看剪力墙间距较大的位置中间点缀一两片墙。抗震设计时，避免单向有墙的结构布置，应该使两个方向侧向刚度接近，自振周期相近。剪力墙平面布置做到规则，避免过大的扭转效应。 混凝土强度不低于C20，墙中分布钢筋和箍筋采用HPB235级钢筋，纵向钢筋采用HRB335级钢筋HRB400级钢筋。
2.1小开间横墙承重
采用小开间剪力墙布置，自振周期较短，剪力墙结构的抗推刚度和抗扭刚度较大，相应的地震作用也较大。因为剪力墙的墙体开间小，建筑布置受到限制，不够灵活。墙体开间小，建筑布置也受限制，不够灵活。
2.2大开间横墙承重
大开间剪力墙布置，每两个开间设置一道钢筋砼承重横墙，墙体间距一般为6m～8m，钢筋砼墙体数量的减少，有利于建筑的灵活布置，方便了用户，增大使用面积，节省材料，减轻重量，降低造价。墙体重量适中，墙体配筋率适宜，结构和基本构件的延性增加，抵抗地震作用的能力提高。
总之，随着城市化发展以及建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多。由于剪力墙结构具有整体性好，侧向刚度大，抗侧力性能好的特点，而且没有梁，柱等外露与凸出，便于房间内部布置。对高层建筑设计要力求合理性与经济性，剪力墙结构设计中有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。
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