浅谈剪力墙结构设计中的问题

　　摘要：目前，越来越多的剪力墙结构小高层住宅楼拔地而起，但是，随之而来的是我们发现这些剪力墙结构小高层在施工质量上还存在着一些质量通病，主要表现为剪力墙板混凝土成型质量差、混凝土实体回弹检测强度不高等。
　　关键词:结构;基本含义;承载力
　　1概述
　　1.1利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构，称为剪力墙结构体系。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。
　　1.2剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制，一般为3～8m。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑，此时可省去大量砌筑填充墙的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先进的施工方法，施工速度很快。
　　1.3剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高，墙厚在高度方向可以逐步减少，但要注意避免突然减少很多。剪力墙厚度不应小于楼层高度的1/25及160mm。
　　1.4现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平力作用下侧向变形很小。墙体截面面积大，承载力要求也比较容易满足,剪力墙的抗震性能也较好。因此，它适宜于建造高层建筑，在10～50层范围内都适用，目前我国10～30层的高层公寓式住宅大多采用这种体系。
　　1.5剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的，主要是剪力墙间距太小，平面布置不灵活，不适应于建造公共建筑，结构自重较大。
　　1.6为了减轻自重和充分利用剪力墙的承载力和刚度，剪力墙的间距要尽可能做大些，如做成6m左右。
　　1.7剪力墙上常因开门开窗、穿越管线而需要开有洞口，这时应尽量使洞口上下对齐、布置规则，洞与洞之间、洞到墙边的距离不能太小。
　　1.8因为地震对建筑物的作用方向是任意的，因此，在建筑物的从纵横两个方向都应布置剪力墙，且各榀剪力墙应尽量拉通对直。
　　1.9在竖向，剪力墙应伸至基础，直至地下室底板，避免在竖向出现结构刚度突变。但有时，这一点往往与建筑要求相矛盾。例如在沿街布置的高层建筑中，一般要求在建筑物的底层或底部若干层布置商店，这就要求在建筑物底部取消部分隔墙以形成大空间，这时也可将部分剪力墙落地、部分剪力墙在底部改为框架，即成为框支剪力墙结构，也称为底部大空间剪力墙结构。
　　1.10当把墙的底层做成框架柱时，称为框支剪力墙，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力和塑性变形，致使结构破坏。因此，在地震区不允许单独采用这种框支剪力墙结构。
　　1.1剪力墙的开洞：在剪力墙上往往需要开门窗或设备所需的孔洞，当洞口沿竖向成列布置时，根据洞口的分布和大小的不同，在结构上就有实体剪力墙、整体小开口剪力墙、联肢剪力墙、壁式框架等。
　　2剪力墙结构的基本含义
　　剪力墙结构的定义：①剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙；②高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构；③剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。
　　剪力墙结构的必要条件：抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。
　　剪力墙结构的下限：当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。
　　3剪力墙房屋的设计
　　3.1选择有利的建筑形式在抗震设计中，建筑平面应尽可能简洁、规则，结构的刚心与质心相一致，以减少地震作用下结构产生的扭转效应。剪力墙的方案布置、墙量的多少、墙片的大小应合理。由于底部框墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。因此在剪力墙布置方案上一定要坚持均匀、对称、周边、分散的原则，墙片不宜过长，应以墙片高宽比1.5左右为宜。同时还应控制剪力墙的最大间距，以期符合规范的要求。纵向抗震墙还应在外纵轴布置开窗洞的抗震墙或剪力墙，这样大大增强横向抗倾覆的能力，避免边柱产生过大的压力和拉力。
　　3.2建筑高度和层数的限值以往震害资料及文献的分析表明，底层框架剪力墙房屋的震害随着楼层数的增加而加剧。因此底层框架——剪力墙结构应满足高度和层数的限值。6，7度区22米7层，8度区19米6层。所谓房屋总高度是指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度。半地下室从室内算起，全地下室或嵌固条件好的半地下室应从室外地面算起。带阁楼的坡屋面应算到山间墙的1/2高度处。室内外高差大于6米时，房屋总高度应允许适当增加，但不超过1米。
　　3.3严格遵守抗震规范对不同设防烈度的第二层与第一层侧移刚度比的限值规定在历次地震中，底层框架房屋结构之所以发生严重破坏，其原因就在于底层层间刚度与上部层间刚度比过于悬殊。当地震作用集中在底层时，由于底层较上部结构小得多的侧移刚度，造成非常突出的底层弹塑性变形集中现象。因此，控制底层与上部侧移刚度比是很必要的。
　　3.4底层框架柱网的设置底层应为全框架，至少应是框架形式，即在内柱纵、横轴线的内、外墙中均设柱或构造柱，且纵横两向均应形成框架形式。底部框架结构的柱网不宜过大，一般控制在7.5ｍ左右，并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。首先从使用功能上，底框结构大多为商住楼，该跨度对应上部可分割为两开间(4.2ｍ+3.3ｍ或4.5ｍ+3.3ｍ)，无论上部为住宅楼，还是办公楼，上述跨度对应的上部开间尺寸足以满足砌体结构所能实现的功能。而且可以控制框架梁上仅有一道悬墙。同时考虑底部框架梁横断面高度取值应控制在1／5～1／8梁跨，如果柱网过大，会使梁断面及配筋出现异常现象，而上部悬墙数目增多，更会加重这种现象。控制柱网尺寸，给出规定限值，限制框架梁上的悬墙数目，对底层框架——剪力墙结构来说非常重要。
　　3.5过渡楼层设计底层框架——剪力墙结构具有较好的承载、变形和耗能能力，其破坏状态一般为延性破坏；上部砖房部分虽具有一定的承载能力，但变形和耗能能力相对较差，其破坏状态多为脆性破坏。在上部砖房中，过渡楼层墙体承受地震剪力和倾覆力矩最大，受力最为不利。此外，在竖向均匀荷载作用下，过渡楼层墙体处于压剪或拉剪应力状态。因此当有水平荷载作用时，过渡楼层墙体与落地墙体相比，其抗裂性能和水平承载力均相应降低。试验表明，在竖向及反复水平荷载作用下，过渡楼层墙体的水平承载力约降低20%～30%。过渡楼层墙体的水平承载力验算按式
　　Ｖ≤βfVEA/γRE(1)
　　fVE=1/1.2（1+σ0/fv）0.5fv(2)
　　Ａ=ＡＷ+∑ηiGC/ＧＷＡci(3)
　　β=1/{1+0.45(0.2-0.8ｈb/ｌ)σ0ｆVV}(4)
　　式中β——水平承载力降低系数；
　　σ0——对应于重力荷载代表值的墙体截面平均压应力，Ｎ/ｍｍ2；
　　fv——砌体的抗剪强度平均值，Ｎ/ｍｍ2；
　　hb——托梁的截面高度，ｍｍ；
　　I——托梁的计算跨度(ｍ)，对两跨不等跨梁，I取较大跨的跨度；对跨中设置构造柱的梁，I以1/2代入；
　　ＡＷ——墙体扣除混凝土构造柱及洞口后的水平截面面积，ｍ2；
　　Ａci——混凝土构造柱的截面面积，ｍ2；
　　Ｇe，ＧＷ——混凝土和砌体的切变模量，Ｎ/ｍｍ2；
　　ηi——构造柱抗剪参与系数，中柱(包括边中柱)取04，边柱取03；
　　γRE——承载力抗震调整系数，当Ａ按式(3)计算时，γRE可取10；当计算中不考虑混凝土构造柱(即将混凝土构造柱按相同截面的砖砌体计算)时，γRE可取09。
　　如按落地墙体的方法验算其水平承载力，当竖向荷载或托梁高跨比较小时，将会过高地估计过渡楼层墙体的抗震承载力，造成结构抗震可靠性降低。过渡楼层应每开间设置构造柱和圈梁，形成弱框架体系，以增强过渡楼层传递地震剪力的能力，同时还将大大增加延性和耗能能力。