框剪结构中剪力墙的设计

关键词：结构体系；剪力墙；设计；布置原则；问题分析 

　　1 引言 

　　随经济快速发展，人们生活水平不断提高，对建筑结构要求越来越复杂，框剪结构广泛的应用于高层住宅、办公楼等建筑当中。因框剪结构具建筑布局较灵活特点，能够依据业主不同需求尽可能的进行房间自由分割，且有适当剪力墙，具相当大刚度，使框架剪力墙结构具较高承载力，较好的整体性和延展性，且有很强吸收地震力能力，从而可大大减小结构本身侧移。在抗震设计进行的时候就尽量的不考虑填充墙体在地震发生的时候有所作为，只让其充当一个分隔房间的作用，仅此而已。尤其在抗震要求较严格地区，要优先考虑这种结构体系，剪力墙在设计的时候，对剪力墙厚度、布置方式以及数量都关系结构安全和技术经济是否合理等关键问题。本文对框剪结构当中剪力墙厚度、长度及数量的确定进行了探讨，从剪力墙竖向、平面布置方面对剪力墙布置原则进行了阐述，并对剪力墙设计中经常遇到的一些问题进行分析，以期能够提供参考。 

　　2 工程概况 

　　某工程是临街建筑，一层是商场，2～12层是住宅，一层层高是4.6m，标准层的层高是3.0m，其总高是38.2m。场地的地貌属于溶蚀谷地，地质构造比较稳定，属于Ⅱ类场地，地震特征的周期值设计是0.35s，基础的持力层是中风化的泥质灰岩，基岩埋深5～6m，比较适宜建筑。此工程按照Ⅵ度地震烈度设防，设计地震的加速度是0.05g，基本风压是0.3kN/m2，设计地震的分组是第一组。 

　　3 剪力墙厚度的确定 

　　框剪结构当中，剪力墙有边缘的约束构件，即边框梁和边框柱，规范当中规定带边框的剪力墙截面的厚度如下：①抗震设计的时候，一级、二级剪力墙底部的加强部位厚度均不要低于200mm，且不要低于1/16层高；②其他情况下不要低于160mm，且不要低于1/20层高。边缘梁宽度应与墙同厚，高度可以取2倍的墙厚。因此，一个合理剪力墙的厚度是经济合理、结构安全。综述所述，剪力墙厚度满足1/16或者1/20层高前提下，200mm最好。 

　　4 剪力墙数量和长度 

　　通过实际工程设计，通常都要有适合的剪力墙数量。在计算信息，如结构在地震作用下的层间位移角、周期等都相对比较容易满足，我们在这其中要注意对剪力墙和框架柱各自承担倾覆弯矩间的比例进行控制，当剪力墙所承担倾覆弯矩超过框架倾覆弯矩的50%才可把这种结构形式定性为计算模型当中选作框架剪力墙结构。总结成功设计实例，通常底层结构的剪力墙的截面面积（Aw）及柱截面的面积（Ac）之和对楼层的面积（Af）之比及剪力墙的截面面积（Aw）与楼面的面积（Af）之比控制在表1范围内。 

　　剪力墙面积及厚度确定以后，剪力墙长度L=Aw/ht自然的就知道了。剪力墙要具延性，宽高比超过2的墙体容易设计为弯曲破坏延性的剪力墙，从而可避免脆性剪切的破坏。若墙的长度较长，为满足各墙段的高宽比高于2，可通过洞口开设把长墙分为长度较小且均匀的整体墙或联墙肢，因开洞形成洞口连梁采用弯矩较小连梁进行连接比较好，使墙段的本身认为是分成独立的墙段。此外，连梁的两端连接剪力墙比较长，剪力墙和连梁形成了一个整体，其刚度较大，所吸收水平的地震力较大，连梁作剪力墙间的传力构件容易出现超限剪切，此时可以考虑把洞口开大一些，为减小连梁量测剪力墙的长度，受弯产生裂缝的宽度很小，因此墙体配筋能充分发挥作用，墙体的长度不要超过8m；另外要注意剪力墙洞口布置应尽量避开平面外弯矩作用在因开洞形成连梁上，否则对连梁受力不利。 

　　5 剪力墙布置原则 

　　5.1剪力墙平面布置的原则 

　　剪力墙平面布置的原则是分散、均匀、周边、对称布置。分散、均匀原则要求每片剪力墙的刚度不应太大，连续尺寸不应太长，使剪力墙数量尽量多一些，分散一些，每片墙肢弯曲刚度要适中，不要因为个别的墙肢局部破坏影响整体抗侧力性能。刚度愈大，墙肢承担吸收荷载就愈大，同样应考虑墙肢开洞减轻个别的墙肢刚度的集中问题。周边原则为使建筑物刚度中心及平面型心吻合，确保建筑物的抗扭能力。在周边进行剪力墙布置，抵抗扭转内力臂很大，在剪力墙数量合适情况下，不需要为满足使用的要求而增加剪力墙的数量，不仅节约造价，又起到较好抗扭效果。剪力墙布置在应力较集中处（端部的转角处及凸凹角处），另外，对高层建筑来说，因建筑空间的要求、电梯间、楼梯间及管道井处因开洞对楼板的刚度连续性造成严重破坏的，有必要采取相应措施对这些地方进行加强，为补足薄弱增设剪力墙。在满足以上原则基础上，我们还需注意剪力墙间距要求。 

　　5.2剪力墙竖向的布置原则 

　　剪力墙进行竖向设置宜沿建筑物的全高进行，尽量不要随意中断，基于建筑功能的要求需中断剪力墙的时候，在转换层，我们应采取加强措施。国外规范当中提到，以需中断剪力墙对结构侧移的刚度不会造成太大影响，对顶部位移影响也较小，且转换层结构构件截面设计只与分配到绝对地震的作用有关，无需采取特殊加强措施，这样可减少混凝土用量，大大减低工程造价。另外，剪力墙宜落地，在实际工程当中因建筑物的使用功能要求，有部分剪力墙不可落地，所以，我们应采取相应措施对转换层进行加强。剪力墙在两个主轴方向宜组合布置为T形、L形及口字形筒体，尽量防止一字形墙出现，这样可提高剪力墙墙身刚度，当单片的长度很长剪力墙应作开洞处理，建筑的使用功能当中要求此处不能出现洞口的时候，需用填充墙体来作填充处理。洞口竖向，应作对齐处理，洞口的两侧要按照先行的规范来设置边缘的构件，并采取加强措施，以满足使用功能要求。 

　　6 结语 

　　对建筑结构进行合理选型以后，对建筑结构形式应进行优化，在优化过程当中我们需反复调整和计算，并对结构计算进行分析。有关框剪结构当中剪力墙设计要在合理利用规范当中所提供的前提条件，尽量满足甲方在实用、经济和建筑的平面布置等方面的要求，在结构体系中，剪力墙和框架起到了较好互补作用，对一些抗震要求较高地区选用此结构形式比较适合。