科 建１筑Ｉ工Ｉ程 剪力墙结构设计的几个问题 胡昌哲 （锦州市建筑设计研究院，辽宁锦州１２１００１） 摘要：对剪力墙设计中的基本概念、剪力墙的边缘构造、剪力墙结构的厚度和配筋问题、高层建筑剪力墙连梁设计进行探讨。 关键词：剪力墙；连粱；结构；设计 连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计 １剪力墙设计中的基本概念 此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著 塑性状态，１．１剪力墙高和截面高度尺寸较大但截面 地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪 规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防 厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而 切滑动提高抗剪能力。从８９规范开始在剪力墙 烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复 与柱的区别主要是其截面高度与厚度的比值，当 中提出了暗柱、端柱、翼墙（柱）、转角墙（柱），也 仍可使用。当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地 比值小于或等于３时宜按框架柱进行截面设计， 就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构 震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因 当墙肢截面高度与厚度之比在２—４时可视为异 件的抗震措施。 此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就 形柱，按双向受压构ｆ￥￣－Ｈ－，当墙肢截面高度与 ２．２从２００２年 始实施的建筑结构规范，根 是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则． 厚度之比在５—８时为短肢剪力墙，当墙肢截面 据结构类型及受力状况，对剪力墙两端及洞口两 同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要 高度与厚度之比大于８时为—般剪力墙。 侧的加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下 求墙肢和连梁具有良好的延性。因此在实际工程 １．２剪力墙结构中，墙是一平面构件，它除 墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边 中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考 承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩夕Ｉ－，还承担 缘构件和构造边缘构件两类。“抗规” 虑以下几个方面：３．２．１关于连梁刚度的折减。连 竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工 ＧＢ５００１１—２００１规定抗震墙结构，一、二级抗震 梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因， 作，其受水平力作用下似—底部嵌固于基础上的 墙底部加强部位及相邻的上一层应设置约束边 在水平力作用下的内力往往很大。连梁屈服时表 悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足 缘构件，但墙肢底截面在重力荷载代表值作用下 现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。因此 剐度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循 的轴压比小于０．１（一级９度）、０．２（一级８度）、 在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进 环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要 Ｏ．３（二级）时可设置构造边缘构件。部分框支抗 行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与 求：墙肢必须能防ＩＥ墙体发生脆性剪切破坏，因 震墙结构，一、二级落地抗震墙底部加强部位及 施工规程》第４ ｌ ７条规定：“在内力与位移计 此注意尽量将剪力墙设计皎延性弯曲型。 相邻的上一层的两端应设置符合约束边缘构件 算中所有构件均可采用弹性刷度，在框架一剪力 ｌ＿３实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢 要求的翼墙或端柱，洞口两侧应设置约束边缘构 墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应 墙：整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片 件；不落地抗震墙应在底部加强部位及相邻的上 小于０．５５。”一般在实际设计中我们在０．５５一ｌ 墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪 层的墙肢两端设置约束边缘构件。一、之间取值．以符合截面设计的要求。３．２．２加连粱 二级抗 力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分 震墙的其他部位和三、四级抗震墙，均应设置构 跨度减少高度。在连梁设计中。刚度折减后，仍可 布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向 造边缘构件。 能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承 ３高层建筑剪力墙连梁 十的探讨 载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减 钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延 性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加 ３．１连梁的工作和破坏机理 少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少 大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜 在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲 了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超 过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连 变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同 限。如果只是部分连梁超筋或超限．贝ｌＪ可采取调 梁连接起来的剪力墙。但因一般连粱的刚度比墙 时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了 整连梁 来解决。调整的幅度不宜大于２０％， 肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出 墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作 且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。３．２＿３增加 现反弯点要注意墙肢轴压比限值。壁式框架： 用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中 剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度，其结果 当剪力墙开洞过大时形成宽梁、宽柱组成的短墙 的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即脆 方面由于结构整体剐度加大地震作用产生的 肢，构件形成两端带有刚域的变截面杆件，在内 性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。连 内力增加另一方面连梁的受剪承载力与宽度的 地震所产 力作用下许多墙肢将出现反弯点，墙已类似框架 梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，在沿墙全 增加成正比。由于该片墙厚增加以后，的受力特点，因此计算和构造应按近似框架结构 高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连 生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪 考虑。 梁对它的约束作用，将成为单片的梁。这会 力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受 １．４墙的设计计算是考虑水平和竖向作用 使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩 剪承载力不超限。３．２．４提高混凝土等级。混凝土 下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉 加大，并且进一步增加Ｐ一△效应（竖向荷载由 等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远 进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当 于水平位移而产生的附加弯矩），并最终可能导 小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连 受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载 致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时，梁端会 梁的受剪承载力不超限。３．２．５地震区高层建筑 力验算。在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计 出现垂直裂缝爱拉区会出现微裂缝，在地震作用 的剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不 算宽度按以下情况取其小值：即 剪力墙之间的 下会出现交叉裂缝并形成塑性绞，结构刚度降 符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比 间距－ｂ门窗洞口之间的翼缘宽度；ｃ．墙肢总高度 低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通 限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置 的１／ｌＯ；ｄ．剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各６倍的 过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到 相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大 长度。 定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强 震时的延性要求，应重新计算整个结构。必要时 ｌ５为了保证墙体的稳定性及便于施工，使 度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用， 调整结构布置，使连粱的承载力符合要求。 墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力，规范 对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作 ４结论 要求一、二级抗震墙时墙的厚度应≥１６０ｒａｍ，底 用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发 高层建筑剪力墙结构的设计受很多因素的 直到混凝土受压破坏。 制约。结构的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙 部加强区宜＞￣２００ｍｍ，三、四级抗震等级时应≥ 展、加宽，１６０ｍｍ，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。 ３．２设计的建议 的水平力大小、墙肢刚度、连梁的刚度都有关。因 设计时要把互 ２剪力墙的边缘构造 在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具 此在设计时问题是比较复杂的．２．１结构试验表明矩形截面剪力墙的延性 有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷 相制约的因素统一协调，以取得比较理想的结 比工字形或槽形截面剪力墙差；计算分析表明增 载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应 果。加墙目专截而两端的翼缘能显著提高墙的延性；因 该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹 一一一一２９６—
