剪力墙结构设计中几个问题的探讨

董艳君 于浩

提要：针对剪力墙结构的设计，探讨了剪力墙的结构布置、结构计算及技术构造措施中的一些问题。

关键词：剪力墙结构；小墙肢；连梁；边缘构件

中图分类号：TU318 文献标识码：A

目前，钢筋混凝土剪力墙结构正广泛地应用于多高层住宅设计中，笔者依据有关规范并结合设计经验，对几个问题进行了一些探讨，可供同行们参考。

一.大底盘结构 地上为单栋或多栋高层建筑地下为较大面积车库

由于城市发展速度较快，机动车辆越来越多，为了满足大量停车的需求，很多新建建筑物不得不将大面积停车场转入地下，现代建筑从功能和使用上又要求地下停车场与主楼部分连成一片，形成大底盘建筑。

大底盘结构中高层建筑部分的嵌固部位

按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中规定，高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。一般带有地下室的普通高层建筑比较容易满足刚度比的要求。对于框架结构，由于本身上部框架的刚度就较小，比较容易满足刚度比的要求，按嵌固部位设计的地下室顶板在地震过程中也可以起到相应的嵌固作用；但是对于剪力墙结构的高层建筑，由于剪力墙本身的刚度很大，地下室部分的墙体由于使用上的要求往往要设置较大的洞口，使地下室的墙体数量有所减少，导致上下两层的侧向刚度比不能满足规范的要求，以致地下室的顶板不能起到上部结构的嵌固作用，这种情况下结构的嵌固作用应设在基础顶面。

基础底板的构造要求

一般大底盘结构建筑物中高层部分的基础采用筏板基础，车库部分采用带防水板的柱下独立基础。这两种基础之间通常设置沉降后浇带。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中规定：当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时，宜在裙房一侧设置用于控制沉降差的后浇带，当沉降实测值和计算值确定的后期沉降差满足设计要求后，方可进行后浇带混凝土浇筑。当高层建筑基础面积 满足地基承载力和变形要求时，后浇带宜设在与高层建筑相邻裙房的第一跨内。

二.结构布置

剪力墙结构中竖向荷载、水平地震作用和风荷载都由钢筋混凝土剪力墙承受，所以剪力墙的布置应在满足建筑使用要求的前提下，沿结构的主要轴线，尽可能的规则拉通对称布置。既要考虑便于梁板等承担竖向荷载的构件的布置，又要尽量使结构刚度对称，减少偏心，从而减少扭转效应的影响。同时，应注意以下几个问题：

1．避免出现一字形短肢剪力墙

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中规定：“不宜采用一字形短肢剪力墙，不宜在一字形短肢剪力墙上布置平面外与之相交的单侧楼面梁。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，一字形短肢剪力墙基本上可以通过合并洞口等方法消除。或合理布置剪力墙，使一字形短肢剪力墙成为墙体翼缘，其受力状态明显好于一字形短肢剪力墙，仅需适当加强配筋即可。

2．谨慎采用短肢剪力墙

近年来兴起的短肢剪力墙，既有利于建筑的灵活布置，又可进一步减轻结构自重，比较受业主欢迎。但由于其抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）对短肢剪力墙作了较严格的规定。几年的设计经验表明，短肢剪力墙并不具有经济性。因此，笔者个人认为，除非在建筑功能有特殊要求的情况下，尽量不要使用短肢剪力墙。设计中，可适当加长墙肢尺寸，满足普通剪力墙高厚比大于8的要求，不仅构件受力更为合理，而且具有良好的经济效果。

3．单片剪力墙刚度不宜过大

剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。此外，单片剪力墙刚度过大，承担的水平力份额较大，不仅设计困难，而且一旦破坏就会出现严重的后果。同时，墙段长度较小时，墙体的配筋能够充分的发挥作用，因此，墙段的长度不宜大于8m。设计中，可通过开设结构洞口将长墙分成长度较小的若干段，洞口连梁宜采用弱连梁（跨高比宜大于6）。

4．剪力墙结构整体刚度不宜过大

剪力墙结构刚度很大，一般来说周期较短，相应地震力较大，如果剪力墙结构刚度过大，不仅材料消耗多，不经济，而且，地震力过大会使部分墙肢和连梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面设计困难。一般宜控制使剪力墙结构的刚度能满足位移限值要求即可。设计中，可通过减薄墙厚、降低混凝土强度、加大洞口、减小连梁高度、窗下墙改用填充墙等措施来调整其刚度。

5．墙体分布钢筋配筋率，目前在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中，竖向及

水平钢筋的最小配筋率不应小于0.25％，部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3％。从墙体构件本身的受力特性分析，较规则的纯剪力墙结构，墙肢一般属于偏压构件，并仅考虑平面内水平受力，受力筋集中以暗柱的形式置于端部，竖向筋分布筋仅须构造配置并与水平筋一起约束墙体裂缝，水平筋起抗剪作用。因此，对于计算中显示的仅需构造配置的分布筋配筋率不宜放的太大，以免造成浪费。

三.结构电算

结构电算是结构设计中的重要步骤。输入信息的准确与否，直接影响计算结，果的正确性，尤其是某些数据对结构整体刚度影响较大，随之会影响到地震作用的大小，若电算模型不能反映真实情况，可能会造成计算结果失真，甚至会造成配筋不足的危险。同时，对计算结果的分析判断同样重要，通过对输出信息文件的分析，可判断出结构方案是否合理，输入信息是否准确，计算结果是否可用等，从而通过调整使设计趋于合理。结构电算时应注意以下几个问题：

1．计算简图要准确

电算的计算简图应与实际施工图一致，主要为剪力墙开洞大小、门窗洞口位置、剪力墙长度、剪力墙厚度、计算高度等。此外，输入的简化构件模型应与实际受力情况相符，例如：长宽比小于4的独立小墙肢应按异型柱输入；跨高比大于5的连梁应按普通梁输入；连梁应按剪力墙开洞输入；普通梁应按墙肢加梁输入等。

2．总信息中一些参数的选取要准确

混凝土构件容重，考虑装饰荷载后，取27~28KN/m3较为合适。

振型数在考虑平扭藕连计算时，不应小于15，且应满足“振型参与质量系数”的要求。

周期折减系数应根据填充墙的数量、材质，采用0.85~0.95。

连梁刚度折减系数，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中规定：连梁折减系数不宜小于0.5.

3．对计算结果的判断

周期：计算出的结构自振周期宏观地反映了结构的几何特征和刚度性质，正常情况下，剪力墙结构的基本自振周期应在（0.04~0.08）Ns范围内(Ns为结构总层数)。如果计算结果出入较大，可能有以下几个原因：第一是结构方案不合理，第二是输入数据错误，第三是计算程序不稳定。

应根据总信息输出中的刚重比数值，判断是否需要考虑重力二阶效应。

应判断剪重比是否符合有关规范要求。

应判断位移及位移比是否满足有关规范的要求。

应判断周期扭平比是否满足有关规范的要求。

检查构件配筋是否异常，有无超筋超限情况出现。

四．连梁超筋超限时的调整方法

剪力墙设计时，经常会由于各种原因导致连梁出现超筋超限现象，此时可用以下方法处理：

1．将连梁截面高度减少，按普通连梁计算。

2．将连梁的刚度折减系数调低，适当增大墙体配筋。

3．考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，墙肢按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。

五．约束边缘构件箍筋的设置

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中将约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”，对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求，设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定，因此，目前在工程设计中做法比较混乱。笔者认为，“非阴影部分”的箍筋或拉筋沿竖向的间距，一、二级抗震等级时应分别为不大于100、150mm,即与“阴影部分”相同，最小直径应为8mm。设计时，可将“非阴影部分” 的计算箍筋或拉筋沿竖向的间距设为“阴影部分”箍筋或拉筋间距的两倍，即200mm和300mm，另外设置构造箍筋或拉筋使其间距满足要求，既经济又便于设计及施工。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。同时，还有一点应注意，为了充分发挥约束边缘构件的作用，在剪力墙边缘构件范围内，箍筋的长短边之比不宜大于3，相邻两个箍筋之间宜相互搭接1/3箍筋长边的长度。

结束语

剪力墙结构设计中有很多需要注意的问题，也有一些技巧，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。由于水平有限，错误之处难免，热忱欢迎同行指出，以达到共同提高之目的。

参考文献

1．高层建筑混凝土结构设计规程(JGJ3-2010)

2．建筑抗震设计规范(GB50011-2010)

3．混凝土结构设计规范(50010-2010)

4、建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）