论剪力墙结构设计与概念设计

论剪力墙结构设计与概念设计摘要:本文主要对剪力墙结构的平面布置、墙肢截面厚度、剪力墙约束边缘构件和连梁的设计等进行了探讨。相对于框架结构来说，剪力墙结构室内无柱及梁的棱角露出，更为美观，使用功能也更好，且增大了使用面积。故受到开发商和业主的广泛欢迎。关键词:剪力墙；结构设计；规范1引言随着商品住宅建筑在我国城市建设中的发展，10层以上的高层住宅建筑大量采用剪力墙结构。相对于框架结构来说，剪力墙结构室内无柱及梁的棱角露出，更为美观，使用功能也更好，且增大了使用面积，故受到开发商和业主的广泛欢迎。《建筑抗震设计规范》GB50011-2001及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002颁布实施后，新规范对剪力墙结构的规定更为严格和详细。新规范将剪力墙边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件，并对短肢剪力墙做了更严格的限制。所谓短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，一般剪力墙则是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。2剪力墙结构的平面布置及概念设计在结构设计中，为了做到安全和经济，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大，可将其楼层层间最大位移与层高之比控制在1/1100～1/1300之间。对于高层住宅，底部剪力墙截面总面积与楼面面积之比大约在6%～8%，剪力墙的体积与总建筑面积之比大约在16%～20%。剪力墙平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应，必要时通过改变墙肢长度和连梁高度调整刚心位置。住宅建筑中往往会有很多短肢剪力墙，应结合建筑平面，采用L，T，Z，十字形等截面形式，且翼缘长度大于其厚度的3倍。一字型剪力墙抗震性能较差，应尽量避免。剪力墙墙肢截面高厚比宜大于5，墙肢之间的梁净跨宜小于6.0m，否则梁高会太大，影响室内净高。为满足“筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%”的要求，应使部分墙肢截面高厚比大于8，使之成为一般剪力墙，非加强区则可视情况将墙肢长度适当减小。振动台模拟地震试验结果表明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。对这些薄弱环节，应加强概念设计和抗震构造措施。(1)当有扭转效应，会加剧建筑平面外边缘及角点处的墙肢已有的翘曲变形，使其首先开裂;在水平地震作用下，高层短肢剪力墙结构以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其一字形小墙肢破坏最严重。为了尽量消除扭转不规则，可增加建筑物周边墙肢长度或连梁高度，这样能明显增大结构的抗扭刚度。另外，应增大这些部位墙肢纵筋和箍筋的配筋率，加强边缘构件配筋，严格控制轴压比，以提高墙肢的承载力和延性。(2)在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁。因此，在计算时，对跨高比不小于5的梁应按框架梁考虑，连梁的刚度折减系数也不宜太小。特别应注意的是，设转角窗(阳台)会降低结构的侧向刚度和抗扭刚度，且外墙内力显著增大，开洞的角部各构件扭转效应明显，因此应尽量避免。必须设置时，宜作如下处理:(1)转角处沿窗线设置挑梁并相交。(2)窗边2道墙体应避免采用单片剪力墙和短肢剪力墙，适当加大墙肢配筋，并控制轴压比。(3)靠窗边的墙端暗柱配筋加强，尤其是箍筋加强，必要时暗柱可按约束边缘构件配筋，或在建筑允许的情况下，靠窗边的墙端设端柱。(4)将该房间的楼板加厚，双层双向配筋加强。(5)板内设斜向暗梁(或斜向拉结筋)，以连接窗边两墙体，或在建筑允许的情况下，直接设斜向连梁。(6)转角窗窗下填充墙设置构造柱。路3帖剪力墙掠墙肢截面蔑厚度照高静规纲(JG梢J32典2002社)扶第梢7121范2柜条糖第腾1冬～椒3壁款规定了胖剪力墙的煌最小厚度饺，其主要恢目的是保外证剪力墙将出平面的戒刚度和稳优定性能。沸现将岂第服1敏～箭3卵款的要求昌列表如下以，见匠表舟1难。帝表悔1绣剪力墙城截面最小耐厚度动注废:退H达—获层高或剪蝶力墙无肢银长度的较霉小值。疯对短肢剪队力墙结构谷，高永规倦(JGJ凉3-2揪002庭)耕规定其抗岗震等级应惑比因表挥4.8.堵2费规定的抗洲震等级提稼高一级采凭用，故顺除竭6阁度区外，似短肢剪力催墙的抗震棋等级至少炸为二级。有对于住宅绢建筑，填凑充墙厚一榴般赢为忽200找m漂m细，相应剪祸力墙厚也度取猴为岔200娇m货m搬。住宅层蒙高一般烫为匀2.直8吩～主3枯.0车m建，惯故恭2云层楼面以盒上墙厚丢取迎200恐m乎m彼，除底部冲加强区的女一字形短途肢剪力墙彼外，均能坑满足规范陆要求。旬对于无地犁下室的高私层住宅，记因其基础镰埋深一般论在裁2.5洲m屡以上，则杯底层墙体牛高度会迟到枯5.0清m松以上，若写按层高松的仓1/1念6耀确定墙厚着，将超挑过他300磨m喂m挠，大于填绵充墙厚度骗。为避免妄出现此种左情况，在付布置剪力更墙时，应妹结合建筑品平面，尽滚量不用一岗字形剪力比墙，而采防用汤L接，因T蜓，粉Z痛，十字形饶等截面形诞式，且翼狱缘长度大内于其厚度黎的废3孤倍，这样邪，一方面限墙体抗震裂性能更好避，另一方平面墙厚也颜可取为剪沉力墙无肢驱长度衣的蛾1/1需6松。由于住牲宅建筑中仿剪力墙肢陡长一般小售于糊3.0葡m译，故厚度律采维用汤200m程m惑满足构造衔要求。讽对一字形恋剪力墙，两底部加强狂区墙厚不欣应小假于萄H/12挪(盐一、二旧级羞)芽，则无地密下室的底收层墙厚将耳超云过伐400暮m舞m禁，其余底邪部加强区张墙厚也将则在予250妈m鹿m派以上，很倚不经济，本建筑上往删往也不能尼接受。对贡此，可贤有风2许种处理办帖法追:识(1警)两底层加现虾浇板。在门底层一字跑形剪力墙苗所在的房邮间设现浇搏板，这样愈可将层高俯降低，再星根据高畜规眠(JG追J3-掉2002肤)点附芽录腰D避验算墙体籍稳定。押对塘200虚m防m废厚墙肢随，体3.0恭m鱼层高挑，轿C3掩0栋混凝土，爷有框Ec=3丢.0×1梢0挺4疼N/m黄m基2中，蜂t=20此0m讯m亮，猾l膜0明=筐β稳，健h=30虚00切m盐m共。半则墙顶等递效竖向均移布荷载设呈计黄值弹q绿应满趁足寻:诉一般情况乖下均能满铜足此稳定朝要求。沫(2吐)动设端柱。坊在一字形锡剪力墙端桑部设端劳柱启(写其截面边德长大闸于透2恶倍墙轰厚删)输，这样可避按剪力墙桂无肢长度反的砌1/16谷(系一、二盗级淡)倾或酷1/20纺(结三、四滥级峰)歌确定墙厚端，点200m瓜m卡的墙厚一锦般均满足溪要求。由旺于非加强疫区墙厚要碰求为层高截或无肢长丈度培的照1/15蜡(复一、二移级开)项或璃1/25动(扒三、四剥级董)隶，故非加咽强区可取太消此端柱丰。这种只捡在下闹部冠2师层加端柱灵的处理，敞往往也能割得到建筑拘专业的认永可。屿4鹿约束边纱缘构件的抬设计纯抗震规舌范滴(GB龄5001夏1-20拿01府)牛及高衰规取(JG圆J3-保2002震)派规定，一塌、二级抗狡震设计的猜剪力墙底缺部加强部巨位及其上委一层的墙熄肢端部应禽设计约束挪边缘构件竟，在阴影泻部分箍筋邪的体积配壮箍跪率晶ρ累v置按下式计勺算饺:梯约束边缘猴构件最小声体积配箍望率棚ρ症v饲见蓬表战2驼。药表堡2能约束边济缘构件最丘小体积配瑞箍骡率鼓ρ棒(勇%)礼箍筋或拉聋筋采扣用尽φ忆1恒0袄，肢距不瓜大葵于诵250月m喂m芝时，高驳规圣(JG彩J32仪2002坝)创图滚7.2.追1蚀6良所示阴影践部分箍筋恰的体积配说箍退率虽ρ隐v龙见既表炎3已～异5她。或表钢3婚体积配休箍率亩ρ娘v估(%)厅(b统f谢=b标w荒=200励mm)竭表扇4灾体积配亏箍率昆ρ址v扔(%)腥(b丧f仪=b桥w拐=2遭5聪0mm挠)近注河:顾端柱箍筋预采用双码向秒4及肢箍。候表致5涉体积配挠箍率以ρ怀v旅(%)骗(b衰f蒜=b聋w逆=侍3移00m甚m)励注众:赤端柱箍筋咐采用双匹向牺5康肢箍。买对俗20壮0腐～痰300号m筛m棉厚剪力墙请的约束边抵缘构件配呢箍，可按肚上表的计遍算结果快包速配箍。幕对于剪力断墙约束边网缘构件范灶围内非阴撞影部分的火配箍，作跑者认为不诞能简单将逗箍筋或拉没筋间距取甲为阴影部淹分间距悦的春2申倍，太即角200鞠m转m衫和溪300少m祥m橡。因为抗黎震规遣范病(GB5姥0011惠-200宜1句)畏表胆6.4.行8弄规定，一羡、二级剪击力墙底部薯加强部位活构造边缘杰构件箍筋兵沿竖向最炸大间距秘为技100甩m字m杨和料150麻m随m狐。作为轴杰压比更大亡的剪力墙肆约束边缘察构件，其正箍筋或拉起筋的设置扮标准不宜利低于相同哗抗震等级狗构造边缘认构件的要增求。际另外，当妹剪力墙水滚平分布筋计间距不符灵合约束边淋缘构件非程阴影部分龙箍筋或拉场筋最大间各距时，例稳如，水平跑筋间距难为鲜200桥m祸m制，而箍筋童或拉筋间锋距夜为绿150m食m揪，若非阴情影部分只手配置拉筋票，则有部退分拉筋将糠无法拉住慨水平筋，翁此时，拉获筋无法对冠混凝土形光成有效约严束，不利昌于改善混乞凝土受压交性能和增薪大延性，嘴这种情况盯应考虑同浑时配置箍奔筋和拉筋斯。险还需指出陕的是，为屈了充分发弦挥约束边罢缘构件的曲作用，箍驼筋的长边贞不宜大于荷短边谷的禾3蹦倍，且相发邻核2净个箍筋应刊至少相互镇搭雅接千1/渠3熔长边的距饺离。刘5替剪力墙侵水平分布河筋在边缘倾构件中的奔锚固坐在设计和犬施工中，断部分人员讨仅将剪力织墙水平分焦布筋锚入爪边缘构件章中或与边炕缘构件箍散筋搭接，晌作者认为寨这种做法句不符合规货范要求。蝇边缘构旅件这(政包括端遮柱侮)懒并不是剪包力墙墙身登的支座，录其本身是就剪力墙的漏一部分，霞它与剪力仰墙墙身之晴间的连接刺不是不同厨构件之间孩的连接，滩不能套用演比如梁与高柱连接的晃做法。剪泛力墙水平均分布筋是漆用以抵抗酬水平地震沃作用产生坡的剪力，卧是按整片刮墙肢进行洪配置的，吨并未扣除便边缘构件胖的长龟度阅;拖而剪力墙教边缘构件害中箍筋的砖作用是约廉束混凝土滩，改善混脆凝土的受尤压性能，拦使剪力墙和在地震作堆用下具有苹较好的延示性和耗能渠能力，规虫范中并未厌明确考虑池其抵抗水套平剪力。筹两者所起那的作用不没同，不宜晌混用。正耳确的做法逐是将水平箱分布筋伸跪至墙肢端寸部，并垂界直弯带折年15d纲(谈对端柱当秋锚入长度勤不小另于遮1授a代或洒1a姿e量时可不弯换折惩)刊。这在标柏准图员集纤(03G厕101-疏1激)放中表达得销很清楚。训6结连梁的暴配筋槽高层结构箭中，连梁裤是一个耗伸能构件，绢连梁的剪旁切破坏会滴使结构的段延性降低敲，对抗震厦不利，设奇计时应注坚意对连梁姿进记行话“贺强剪弱闻弯议”骗的验算，磨保证连梁慈的弯曲际破坏先于河剪切破坏想。因此，编不能人为症加大连梁樱的纵筋，写否则，可嫂能无法满抹足泊“聋强剪弱始弯副”氏的要求。旺文燥献辉[4化]毁中推导出传了连梁的虑纵筋最大辽配筋率和千对应的箍非筋面积配外箍率，作会者认为，歉其推导过简程有值得秀商榷的地狗方，例仿如秃M选uk音的表达式恨中搏f筒yk赏应局为冠f猴y漏，修正后太得抗震设港计时循的堵ρ停s盆和合ρ丝sv尺如漆下凡:献跨高比大袜于揉2.谎5柿时挠:暮跨高比不鲁大省于框2.娃5盐时冶:阴另外府，应注意值的是，认税为加大箍嫌筋就能保毛证缎“质强剪弱良弯挂”剑是不正确券的，当连档梁不满足严截面控制粥条件时，早盲目增加虹配箍的结左果会导致朴箍筋充分芒发挥作用余之前，连西梁就已发救生剪切破伟坏。根据智高晌规钟(JG困J3-烂2002擦)敬第沿7.2.灭1谎2贺和幻7.2.脾1怎3侮条的公式腔可得出连于梁的最大伸面积配箍悟率如调下雨:元跨高比大核于追2.荡5夏时马:类跨高比不燕大汗于讨2.志5壁时林:捕式中通洋α——足—遮截面剪压局比恰，嚼0.2械(某跨高比大盲于肉2.菌5事时粱)陵，朵0.15坡(赤跨高比不球大广于妹2.检5暖时镰);抽β补c咐———围条的规定狱采吉用腿;炸η派vb旗——鉴—韵连梁剪力份增大系数昼，一级歌取嫂1.龄3交，二级漂取跑1.虽2卖，三级赠取念1.越1轻。液7烈谈计算结果料分析、判讯断和调整地对重要高倾层结构、盲复杂的高双层结构，考应至少用晌两个不同阶的力学模扯型的结构讨分析程序刷进行计算趁比较，并赚对计算结盟果的合理框性进行判质断，确认税其可靠性叮后，方可眼用于工程垒设计。一吉般可参考勤以下各点乡进行分析构：陶合理性。污根据结构粪类型分析崭其动力特换性和位移听特性，判嚼断其合理泪性。汇关于周期劈、振型和泛地震力。遵非耦连计恨算地震作水用时，其裂第一周期冒一般在以爬下范围内验，即健：拆症疾负遇洒框剪结说构父T撇1责=0.0姓8~0.狠12N权剪力墙结纱构巩T带1意=0.0偶4~0.轰08N朴筒中筒结惕构占T缠1军=0.0燃6~0.季10N饼其闲中刊N虫为结构计厅算层数（动对乒于帅4帖0狂层以上的益建筑，上坊述近似周疫期的范围破可能有较椒大差别）棕。器振型曲线投光滑连续抚，零点位孔置符合一斩般规律。斗耦连计算话时，扭转奋为主的周本期应小于姻平动为主肌的周期妹的遭0.宏9站或员0.8颂5饮。稠底部总剪雅力也在合病理范围内松。对第一伞周期小锁于静3.外5猎秒的结鸡构填,张底部总剪岂力与总重艘量的比一详般为昌：碰7愤度议、痛Ⅱ这类土蔑：殃Q/W=四1.6%打~2.8仿%匆；苹8旋度资、戴Ⅱ但类土溪：脾Q/W=狐3.2%斜~5阅%脚。墓耦连计算成地震作用出时，其第爸一周期剪董重比也应终在常规范速围内，但苗不能简单疗地与非耦嫌连时计算柏比较，因割其振型较基为复杂，状地震底部劲剪力与非爸耦连计算斩结果相近黑或略小。倍关于位移含。参考点铁位移曲线贫应上下渐滩变，不应张出现大的券突变，位境移值须满键足规范有昼关要求。蔽位移与结杀构的总体诚刚度有关氏，计算位图移愈小，胶其结构的默总体刚度惭就愈大，压反之，位柏移值愈大钢，其结构非总体刚度界就愈小，互故可以根梢据初算的类结果对整抽体结构进诉行调整。偷如位移值亲偏小，则天可以减小县整体结构食的刚度，获对墙、梁祥的截面尺辱寸可适当烂减小或取领消部蚂分趴牙剪力墙。通反之，如甚果位移偏够大，则考镰虑如何啬快整体结构隶的刚度，效包括加大嘉有关构件难的尺寸，河改变结构党抵抗水平弱力的形式降、增设加陆强层、斜没撑等。奔关于构件捆配筋的合汤理性。结冬构计算完呜毕，除对稻整体分析较结构进行粮判断和调抽整外，还称应对构件踏的配筋的签合理性进换行分析判始断，包括酸如下内容得：倾一般构件块的配筋值漠是否符合惧构件的受猫力特性。猜特殊构件惯（如转换陷梁、大悬仙臂梁、转旨换柱、跨常层柱、特恢别荷载作堪用的部位猜）应分析戒其内力、屈配筋是否驳正常？必息要时应进飞一步分析意，包括手锄算（导荷病载及内力盼计算）以抬及采用其述他程序进伙行复核。汇柱的轴压务比是否符获合规范要绑求？短肢土剪力墙的介轴压比是累否满足有桨关要求？旬竖向构件踪的加强部阔位（如角悉柱、框支棵柱、底层层剪力墙等瞒）的配筋捉是否得到音反映？张个别构件悠的超筋的帆判断和处男理。盼平衡性。报分析在单宽一重力荷盈载或风荷资载作用下日内外力平录衡条件是和否满足。仇进行内外洋力平衡分灿析时需注犹意：搭应在框架站内力调整微之前。伪平衡校核移只能对同通一结构在带同一荷载以条件下进扑行，故不叮能考虑施鼓工过程的旬模拟加载凭的影响。唤平衡分析蝶时必须考寿虑全部内领力。筒经榨过召RS捉S咳或蹄CQ笑C表法组合的晴地震作用陆效应是不怕能作平衡每分析的，衫当需要进沟行平衡校员核时，可妹利用第一瓦振型的地差震作用进裤行平衡分古析。饱结构的局馒部计算和鸽分析虹由于结构备整体分析歪无法包括持所有构件辅，或者包堡括了但由钞于模型关牛系而给不卡出较准确抄的内力，旅故除了整蛾体分析外循，有时还氧需对结构艇的局部进盯行补充计酒算和分析扔。蛙异型板的德计算模型言的确定。引一般楼板旷都是矩形牧板（双向轮板和单向优板），只膏有在结构稳平面复杂牙情况下才沃不可避免翅地出现异缠形板，对瞧于任意形顺状的楼板爬，首先从忧其基本形醉状确定主己要传力方超向，然后析用与其面美积桢或相涝近的矩形百在受力方森向上拉伸乒，使板块机凸出矩形库外的面积袋和凹入矩失形内的央喜积相近，往这时锁定桌的矩形即验为任意板姑的计算模