分析建筑结构设计中剪力墙结构的设计要点

雷引弟

【摘 要】基于建筑工程中，尤其是高层建筑中对剪力墙的使用越来越多的实际情况，从剪力墙结构的经济长度确定角度入手，对折算厚度、高度、厚度、抗震等级、边缘构件配置等剪力墙结构设计要点进行深入分析，根据研究和实践经验提出相应的设计方法与设计中需要注意的问题，为保证剪力墙结构设计合理性、可行性，使剪力墙发挥应有作用效果提供参考借鉴。

【关键词】建筑结构设计；剪力墙结构设计

中图分类号： TU398.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）19-0116-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.051

Analysis of design points of shear wall structure in building structure design

LEI Yin-di

（Gansu Civil Engineering Science Research Institute Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730000，China）

【Abstract】Based on the increasing use of shear walls in building engineering， especially in high-rise buildings， the design points of shear wall structure， such as converted thickness， height， thickness， seismic grade and edge component configuration， are analyzed in depth from the angle of determining the economic length of shear wall structures. In order to ensure the rationality and feasibility of the shear wall structure design， the practical experience has been put forward in the design method and design，which can provide reference for the shear wall to play its due effect.

【Key words】Building structure design；Shear wall structure design

剪力墙，也可称之为抗震墙、结构墙或抗风墙，在建筑整体结构中有重要作用，而剪力墙的设计也是建筑结构设计的一大难点，需要引起相关设计人员的高度重视，关注每一个设计要点。

1 剪力墙结构的经济长度

对于短肢剪力墙，即截面高度在1600mm以内，且厚度在300mm以内的剪力墙，有较多该结构的剪力墙为：在受到水平方向地震作用后，结构承担的倾覆力矩不小于结构总力矩30%。

如果结构为短肢剪力墙，根据现行规范要求，最大高度应稍作降低，在7度设防区，剪力墙高度不能超过100m，底部所占力矩之比应控制在50%以内。若采用这种结构，应进行加强处理，对设计有直接影响的包括：对于一级短肢剪力墙，其底部加强区轴压比应控制在0.45以内；对于二级短肢剪力墙，其底部加强区轴压比应控制在0.50以内；对于三级短肢剪力墙，其底部加强区轴压比应控制在0.55以内；当截面为一字型剪力墙时，以上轴压比的要求应降低0.05；而底部加强区上部应控制以上要求值加上0.05的限值内。

对于非底部加强处，一级短肢剪力墙，其剪力需考虑1.4的增大系数；二级短肢剪力墙，其剪力需考虑1.2的增大系数；三级短肢剪力墙，其剪力需考虑1.1的增大系数。

如果剪力墙的高度、厚度之比在6以内，对于竖向配筋率，一级短肢剪力墙底部加强区应达到1.2%以上，非底部加强区应达到1.0%以上；二级短肢剪力墙底部加强区应达到1.0%以上，非底部加强区应达到0.8%以上；三级短肢剪力墙底部加强区应达到0.8%以上，非底部加强区应达到0.6%以上。如果剪力墙的高度、厚度之比超过6，且仍然设置有边缘构件，对于竖向配筋率，一级的短肢剪力墙，其底部加强区应达到1.6%以上，非底部加强区应达到1.4%以上；二级的短肢剪力墙，其底部加强区应达到1.4%以上，非底部加强区应达到1.2%以上；三级的短肢剪力墙，其底部加强区应达到1.2%以上，非底部加强区应达到1.0%以上。

通过和1650mm长、200m厚的剪力墙的对比，可得：从总工程造价角度讲，减小短肢剪力墻长度，能降低造价；仅从含钢量方面看，当抗震等级为一级，且剪力墙长度在1400mm以内时，其含钢量相对较低；当抗震等级为二级，且剪力墙长度在1200mm以内时，其含钢量相对较低；当抗震等级为三、四级，且剪力墙长度在1000mm以内时，其含钢量相对较低。以上即为经济界限长度。因此，在设计工作中，为减少工程造价，可布置适宜的短肢剪力墙，通过控制，避免达到存在相对较多结构体系的程度，而且长度比经济长度要小，当高厚度比小于4，且厚度不变时，长度越短，经济性越好。

按照现行建筑规范，一般建筑物上部为标准层，其剪力墙的厚度为200-250mm，如果长度超过1650mm，则为一般剪力墙；如果下部楼层的层高相对较大，则可将剪力墙的厚度调整到300mm以上。在经济性方面，可以按照以上基本原则选择比例适宜的剪力墙。

在实际设计工作中，经常会遇到以下情况，选择一个整体长剪力墙，还是选择一个通过开洞形成的两片剪力墙而矛盾。两片剪力墙上有两个暗柱，所以其造价可能与一个整体长剪力墙相当。基于此，应对这两者进行综合对比，设两片墙都是经济长度的剪力墙结构，经对比可知：其一，通过含钢量比对，处在加强区与非加强区中的剪力墙，如果一个整体长剪力墙的长度在7000mm和1200mm以内，则其含钢量将低于两片剪力墙。由此可以看出，仅考虑含钢量和总造价的分析结果可能完全相反，而当前在市场上一般主要参考的是含钢量，所以在具备布置一个整体长剪力墙的条件时，不得进行刻意分片。

2 剪力墙折算厚度

对于某个楼层，其剪力墙折算厚度主要定义成以下形式：此楼层剪力墙总体积和结构总面积的比值，该值能直接反映出剪力墙的经济性。如果折算厚度处在合适范围内，则要将配筋率在符合要求的基础上控制在一定限度内，最终使结构达到技术可行与经济合理。从以往的工程经验可以看出，如果建筑为小高层，即地上12层左右，则标准层的折算厚度需要为90-100mm；如果建筑为地上18层左右，则标准层的折算厚度需要为120-130mm；如果建筑为地上25层，则标准层的折算厚度需要为140-150mm。当折算厚度较大时，说明剪力墙的面积或者是数量过大，对应的计算结果为：轴压比较小，位移角与规范相比存在很大的富余，此时充分考虑并做好优化，最终有效控制成本。对于最优截面，其轴压比应与限值十分接近，如果上部楼层的轴压比相对较小，且厚度为200mm，可以通过对长度的减小，有效保证经济指标。

3 剪力墙截面高度和厚度

3.1 标准层

通常情况下，普通住宅建筑的标准层，其剪力墙厚当为200mm时，可满足轴压比与稳定性基本要求。此时，除了以下特殊情况，截面高度均可以确定为1650mm，这些特殊情况包括：需提高刚度；需满足建筑构造要求；减少梁跨等，这样即可形成一般剪力墙。与此同时，在层间位移和轴压比依然可以符合要求的基础上，可采用长度比经济界限长度小的短肢剪力墙。

3.2 底部层高相对较高的楼层

为满足使用功能方面的要求，很多建筑在设计中于底部采用很大的层高，此时，为保证剪力墙结构的稳定性，应有足够的厚度。如果厚度超过300mm，则对1650mm长剪力墙与长度超过1200mm的短肢剪力墙，依然为一般剪力墙。

4 剪力墙结构抗震等级与边缘构件的合理配置

4.1 一般剪力墙

多高层建筑中采用的剪力墙需按照规范通过查表确定相应的抗震等级，考虑到非高层结构没有短肢剪力墙，所以在多层结构中，截面高、厚度比值超过4的剪力墙都视为一般剪力墙。无论是各级剪力墙的底部，还是上部，都应增设边缘构件，而对于四级剪力墙，在全高范围内仅需采用构造构件，无需考虑约束。

4.2 短肢剪力墻

对于短肢剪力墙，它是针对高层建筑结构而提出的，根据规范的要求，一级短肢墙，轴压比在底部加强区内时，不得超过0.45；二级短肢墙，轴压比在底部加强区内时，不得超过0.50；三级短肢墙，轴压比在底部加强区内时，不得超过0.55；若截面形状为一字型，则轴压比要求应降低0.05；在底部加强区上部时，应将要求值提高0.05。

4.3 错层结构墙

在当前的设计规范中，对错层给出以下定义：层高差距比相连部位的楼面梁高，或层高差距比相连部位的楼面梁小，但板之间的垂直净距比支承梁宽大时，即产生错层。一旦产生错层，将带来如下影响：一方面，楼板中对剪力进行传递的路径产生局部中断，当较为严重时，导致无限刚这一假定无法成立；另一方面，如果楼板上高差有明显变化的结构受地震作用后产生反向运动，则会对交接部位构件造成影响，产生一定附加应力。在设计过程中，由于楼板凹凸不平的情况极为复杂，其对结构造成的影响并非完全产生以上影响，所以需要以设计情况为依据，对尺度进行灵活掌握与准确判断。比如，普通标准层当中的卫生间凹板，并不会使剪力的实际传递发生中断，所以不属于错层；又比如，第一层平面塔楼外范围楼板下沉覆土和塔楼范围的楼板形成高差，由于塔楼之外的楼盖处于地下，则相对较低的一侧不会受到地震太大作用，并且因覆土会对高差产生限制，水平方向上的剪力可沿纵向不断传递到覆土的顶板部分，减少或避免附加应力的产生，所以也不属于错层。

对于错层交接位置以外受力的结构，在抗震设计过程中，厚度应达到250mm以上，同时还应布置和它保持垂直位置关系的墙肢，将抗震等级提高一个等级。此外，在错层位置上，剪力墙所有混凝土材料的强度等级必须达到C30以上，并于水平、竖向两个方向布置钢筋，通过分析计算确定适宜的配筋率，当有抗震要求时，应保持在0.5%以上。除此之外，在错层位置上布置的框架柱，其截面高度必须达到600mm，且混凝土的强度等级达到C30以上，将抗震等级提高一个等级，并将箍筋在全柱段进行加密处理。

5 结束语

综上所述，在建筑结构设计工作中，剪力墙的设计是一个复杂的系统问题，关系到结构体系的方方面面，而且剪力墙结构特点显著，如利用间隔墙进行竖向构件的布置，不会和建筑使用功能产生矛盾；数量可多可少，需根据抗侧力要求确定，也可根据布置与尺寸对刚度中心具体位置进行调整；连接墙体的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面以内，可实现隐蔽等。在剪力墙设计中需要考虑到诸多实际问题，包括经济长度、折算厚度、高度、厚度、抗震等级、边缘构件配置等，只有关注并做好每一个细节，才能保证剪力墙设计的合理性与可行性，保证结构安全稳定。

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