框架-剪力墙结构中剪力墙的设计

朱孝弟， 樊晓鹏

1 煤炭工业郑州设计研究院有限公司（450000） 2 北京光辉伟业房地产开发有限公司（102100）

1 确定剪力墙的厚度

在框剪结构中,剪力墙宜有边缘约束构件即:边框柱和边框梁。规范中规定带边框剪力墙的截面厚度为:①抗震设计时,一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不应小于层高的1/16；②其他情况不应小于160 mm,且不应小于层高的1/20。边框梁的宽度宜与墙同厚,高度可取墙厚的2倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全、经济合理等特点。鉴于此,剪力墙的厚度在满足层高的1/16或者1/20的前提下,取200mm为宜。在这里应该强调的一点是,一般情况下由于基础的埋置深度比较大而导致底层的层高比较高,从而也就要求底层剪力墙的厚度比较大。

2 剪力墙的数量及长度

在一些计算信息如:结构在地震作用下的周期、层间位移角等等,都相对较容易满足。在这其中应当注意对框架柱和剪力墙各自承担的倾覆弯矩之间比例的控制,当剪力墙承担的倾覆弯矩大于50%的框架倾覆弯矩时，才可以把这种结构的计算模型选为框架—剪力墙结构。在确定了剪力墙的面积和厚度之后,剪力墙的长度自然就知道了，即L=A/h。剪力墙应具有延性,宽高比大于2的墙体(细高的墙体),容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙,从而避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时,为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可以通过开设洞口将长墙分成长度较小,且均匀的联墙肢或整体墙,由于开洞而形成的洞口连梁宜采用约束弯矩较小的连梁(跨高比宜大于6)连接,使墙段本身近似认为分成了独立墙段。另外,连梁两端所连接的剪力墙较长,剪力墙与连梁形成一个整体,刚度较大,所吸收的水平地震力也较大,连梁作为剪力墙之间的传力构件,就容易出现剪切超限。此时可考虑将洞口开得大一些,以减小连梁两侧的剪力墙长度,其受弯产生的裂缝宽度较小,所以墙体的配筋能够充分的发挥作用。因此墙段长度不宜大于8m。

3 剪力墙的布置原则

3.1 剪力墙的平面布置原则

剪力墙的平面布置原则是均匀、分散、对称、周边布置。均匀、分散原则是要求每片的剪力墙刚度不要太大,连续尺寸不要太长,使剪力墙的数量多一些,分散一些,每一片墙肢的弯曲刚度适中,不会因为个别墙肢的局部破坏而影响整体的抗侧力性能。刚度愈大的墙肢承担、吸收的荷载也愈大,同样也要考虑墙肢开洞,来减轻个别墙肢的刚度集中问题。周边原则是为了使建筑物的刚度中心和平面形心尽量吻合,保证建筑物抗扭能力。在周边布置的剪力墙,其抵抗扭转的内力臂较大,在剪力墙数量比较合适的情况下,不需增加剪力墙数量来满足使用要求,节约了造价,又起到了很好的抗扭效果。剪力墙的布置在应力易集中处(平面形状出现变化的地方),即端部转角处、凸凹角处等等。

3.2 剪力墙的竖向布置原则

剪力墙在竖向宜沿建筑物全高设置,尽量不要随意中断,但基于建筑的功能要求必须中断剪力墙时,在转换层要采取加强措施。国外有的规范中也提到,由于需要必须中断剪力墙时对结构的侧移刚度不会造成太大的影响,对顶部的位移影响也很小,并且认为转换层的结构构件的截面设计只与分配到的绝对地震作用有关,也不必要采取特殊的加强措施。这样将减少混凝土用量,降低工程造价。但在实际工程设计中,只能在严格遵守国家现行行业规范、强制性条文以及强制性标准的前提下进行设计。国外先进的经验,只能做为参考,未必能在实际工程中得到应用。剪力墙宜在两个主轴方向组合布置成L形、T形以及口字形的筒体，尽量避免一字形墙的出现,这样可以提高剪力墙身的刚度,但单片长度较长的剪力墙(不小于8m)宜开洞处理,在建筑使用功能中不要求该处出现洞口时,需要用填充墙体填充处理(墙体厚度与剪力墙同)。洞口在竖向上,宜对齐处理,洞口两侧应按先行规范设置边缘构件,采取加强措施,满足使用功能的要求。

4 结语

在对建筑进行合理的结构选型之后,对结构形式进行优化。在优化的过程中需要的是反复的调整与计算,对计算结构进行分析。关于在框架—剪力墙结构中剪力墙的设计,应该在合理的利用规范中提供的前提条件下,尽量满足建筑(平面布置等)和甲方的要求。框架-剪力墙结构中,框架与剪力墙起到了很好的互补作用,对于一些抗震要求较高的地区是比较适合的结构形式。

[1]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]杨嗣信.高层建筑施工手册[M].