剪力墙结构范文

导语：如何才能写好一篇剪力墙结构，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：框架剪力墙 布置

0 引言

建筑技术需要随工业化、城市化的日益发展而发展，高层建筑越来越成为建筑形式的首选，因为高层建筑具有节约用地、节省投资等方面的优势。高层建筑结构体系根据抗侧力体系的不同可分为：剪力墙结构、框架结构、框架―剪力墙结构、筒中筒结构和多筒结构体系。

我所参与设计的东北电网电力调度交易中心大楼，采用的是型钢混凝土框架-剪力墙结构，此设计获得了省优秀设计一等奖。下面结合设计经验，就框剪结构中剪力墙的设计加以探讨。

1 确定剪力墙的厚度

框剪结构体系中，边框柱和边框梁宜作为剪力墙的边缘约束构件。带边框剪力墙的截面厚度在规范中规定分别为：①一、二级剪力墙的底部加强部位抗震设计时的厚度不允许小于200mm，同时不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时，不宜小于层高或无支长度的1/12；②其他情况不应小于160mm，且不宜小于层高的1/20；无端柱或翼墙时，不宜小于层高或无支长度的1/16。边框梁的高度可取墙厚度的2倍，宜取与墙厚度相同的宽度。结构安全和经济合理等特点是一个合理的剪力墙厚度应具有的。

2 框架―剪力墙计算方法

在水平荷载作用下的框架―剪力墙体系，由框架和剪力墙共同承受外荷载，这种解析方法是基于连续化思想来计算框架―剪力墙。换言之，通过刚性链杆，即刚性楼盖的作用将框架和剪力墙连在一起。相互作用的集中力Pft会在链杆切断后，在楼层标高处剪力墙与框架间产生。计算时将集中力Pft简化为连续的分布力Pf，以便于计算。与这相对应，框架变形与剪力墙相同的变形连续条件，在每一楼层标高处，简化为框架变形与剪力墙相同的变形连续条件，在沿整个建筑高度范围内。位移y与荷载P(x)之间对普通梁关系如下：EI■=P（x）

对剪力墙来说，承受外荷载与框架弹性反力的一个弹性地基梁，可视其为上端自由下端固定。除承受分布荷载p(x)，同时承受分布反力Pf，因引，在位移与反力Pf、荷载P(x)之间微分关系如下式所示：EI■=P（x）-Pf

解微分方程求出剪力墙，也就是求出了框架的位移曲线y(x)，然后再利用下面所示的微分关系，求出剪力墙的荷载和内力：弯矩：EI■=M

剪力：EI■=V

均布荷载：EI■=p

可由位移曲线y(x)，再来求出框架所受的荷载和剪力即：荷载：■=CF■μ-pr 剪力：VF=CF?兹=CF■

可由D值法或反弯点法求得，式中的CF，它为框架的剪切刚度，可用下列规范中的等效公在式考虑柱轴向变形来加以求得。

CFo=■

3 剪力墙的数量和长度的确定

结构在地震作用下的周期、层间位移角等等计算信息，相对较容易满足。剪力墙和框架柱各自承担的倾覆弯矩之间比例的控制，应当引起足够的注意，对此《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010给出了更加详细划分。由公式：L=A/h可以看出，在确定了剪力墙的厚度和面积之后，剪力墙的长度通过计算就可以知道了。为了避免剪力墙的脆性的剪切破坏，要求剪力墙应具有延性，细高的墙体和高宽比设计成大于2的墙体，此较容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，此时便可以满足此要求。因此，每个墙段高宽比大于2，也就是我们设计时应达到的要求，如果因为墙的长度很长无法满足高跨比的要求时，开设洞口将长墙分成均匀的、长度较小的联墙肢或整体墙。因为开洞而形成的洞口连梁，最好采用约束弯矩较小的连梁进行连接，这样一来，近似认为墙段本身分成了独立的墙段。另外，位于连梁两端的剪力墙一般较长，这样，连梁与其所连接的剪力墙就形成了一个整体刚度较大，吸收水平地震力能力较强。此时，连梁作为剪力墙之间的传力构件就很容易出现剪切超限，洞口在这时应可以考虑开得大一些。从而位于连梁两侧的剪力墙的长度就可以相应的减小，由于受弯而引起的裂缝宽度此时也变得较小，那么位于剪力墙体内的配筋就能够充分的起到作用。

4 剪力墙的布置

4.1 剪力墙布置原则。①平面形状凹凸较大时，剪力墙宜在凸出部位的端部附近布置。②在建筑物的周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化和竖向荷载较大等部位宜均匀布置剪力墙。③纵横剪力墙一般以L形、T形和槽形等形式组成。④剪力墙总高度与长度之比宜大于2，而不宜太长。⑤剪力墙不宜在防震缝和伸缩缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布置在端部，而应布置在中部。

4.2 剪力墙的设置位置。剪力墙对于L形、矩形、T 形、口形等平面布置，应沿纵横两个方向。而径向和环向布置则应用于圆形和弧形平面时。分散、均匀、对称、周边布置的原则应用在每个方向的剪力墙布置上。

①分散。地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上，是剪力墙布置时应加以考虑的。墙体内力很大，截面设计困难是因为地震力集中作用到一两片刚度很大的剪力墙上，那么其余较弱剪力墙和框架在主要受力剪力墙破坏后就很难承受该剪力墙传来的地震力，这时便会导致破坏。②对称。对称应是剪力墙布置时应尽量做到的，如果在平面上不容易做到对称布置时，为使结构的质量中心与抗推刚度中心尽量相接近，可以通过调整剪力墙的厚度和长度并缩小偏心距，结构的扭转振动在地震时可以得到减弱。③均匀。在建筑平面的各个区段应比较均匀地布置同方向的各片剪力墙，在某一区段内无集中现象，从而来防止因为过大的楼盖水平变形的原因而引起的地震力在各个框架间的不均匀分配。④周边。为获得结构抗力的最大水平力臂，剪力墙尽可能沿结构平面的周边布置，使整个结构的抗扭转能力得以充分提高。⑤双肢墙或多肢墙是在一个独立结构单元内，同一方向的各片剪力墙设置的主要形式，而不应是单肢墙，以避免不稳定的侧移机构在同方向所有剪力墙同时在底部屈服而形成。剪力墙在每一独立结构单元的纵向和横向应沿两条以上，并且相距较远的轴线进行设置，尽可能大的抗扭转能力就会在结构内部产生。

5 对于剪力墙设置合理性的检验

合理设计时要求，水平位移应满足限值，这是必要的，而达到这一要求时，并不说明它便是合理的结构。想成为合理的结构，周期、地震力大小等综合条件还应加以周全的考虑。

5.1 通过结构自振周期的计算验证剪力墙的布置。折减的计算自振周期对于比较正常的设计不用考虑，对于框架―剪力墙结构，T1=(0.06-0.12)×n，二、三振型的周期为T2=(1/3-1/5)×T，T=(1/5-1/7)×T。

5.2 通过计算结构的底部剪力来验证剪力墙的布置。各层位移可以根据已有的工程计算结果、截面尺寸、结构布置都比较正常的结构而连成侧移曲线，此时的曲线应具有反S形且接近于直线。位移曲线在刚度较均匀时是连续光滑的，没有突然的凹凸变化和折点。通过以上可以验证剪力墙的数量和设置位置的合理性。

6 结语

我们可以根据上述的原则在框架剪力墙结构中做出比较合理的剪力墙布置，确定出布置方式及数量，并尽量满足建筑平面布置等项的要求。

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关键词：结构布置；计算分析；构造措施

Abstract: for high-rise residence shear wall design, this paper discusses the shear wall structure design with wall arrangement, girders layout, even LiangChao steel processing, structural measures and related note, and of engineering example calculation results were analyzed.

Key words: the structure arrangement; Calculation and analysis; Structural measures

中图分类号：TU398+.2 文献标识码：A文章编号：

现代高层住宅结构，一般都采用剪力墙结构，因其受力性能好，方便建筑师进行平面功能布置，相对其它结构而言具有较大的经济优势，能节省成本。通常在高层剪力墙住宅建筑标准层单位面积含钢量中，剪力墙墙身用钢量普遍占的比例均较大，约达到45%～65%（该统计数据为7度抗震设防区的数据，以上同），剪力墙梁板用钢量约占35%~55%。因此剪力墙布置的优劣直接关系到整个结构的经济指标。剪力墙布置的基本原则是：尽量减少剪力墙数量，以期通过布置较少的抗侧力构件获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。高层住宅结构填充墙体宜采用轻质高强墙体材料，以降低每一楼层质量，减少结构总重量，因地震作用时结构重量大小也会影响着地震力，影响结构抗侧刚度需求大小。结构刚度布置也不宜过刚，结构越刚则相应的地震力也会越大，墙柱梁配筋也会加大，成本也会提高，造成不必要的材料浪费。

1、结构布置

1.1墙体刚度布置宜强周边、弱中部

剪力墙宜均匀布置，尽可能布置在结构周边墙体处，中部宜适当减少剪力墙的布置量（如中部楼电梯间附近，墙体可以减薄减短），以便提高整体结构的抗扭刚度，有利于控制周期比、位移比指标。

1.2尽量少布置短肢剪力墙

短肢剪力墙为截面厚度不大于300mm，各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。从结构计算分析看，因短肢剪力墙沿建筑高度可能有较多楼层的墙肢会出现反弯点，其受力特点接近异形柱，而且承担较大的轴力与剪力，抗震性能较差，因此，应尽量少布置短肢剪力墙或布置短肢剪力墙时，从构造措施上加强该墙。

在满足竖向荷载、水平荷载作用下，平面上墙体宜均匀布置，各片墙体长度宜均匀，不宜大于8m，建议略大于2m。应避免个别墙体过长，刚度相对其它墙肢过大，因受水平力作用时，较长墙体会承受大部分水平力，容易先产生破坏，而其它墙肢又未必有充足的抗侧刚度，造成结构连续破坏，对抗震极为不利。

1.3避免平面不规则

角部重叠和细腰形的平面图形，在中央部位形成狭窄部分，在地震中容易产生震害，尤其在凹角部位，易产生应力集中使楼板开裂、破坏，不宜采用。应采取加大楼板厚度、增加板内配筋、设置集中配筋的边梁、配置45度斜向钢筋等方法予以加强。

1.4墙体对齐

墙体布置，宜避免形成单片独立墙，宜将各片墙体调整对齐，形成联肢墙或小开口整体墙，剪力墙与连梁刚度相对会较强，能更好发挥剪力墙抗弯抗剪整体效应，达到较好的整体抗侧性能，且能一定程度上减少墙体数量，相对应的也可减少梁构件，平面受力也更合理。

1.5连梁设置

两端与剪力墙在平面内相连的梁为连梁。在计算分析过程中，连梁往往不能避免超配筋现象，此时需对连梁进行调整。一般调整方法有：

1）减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施。

比如连梁截面可取为200x600或200x500等。

2）连梁弯矩可塑性调幅：内力计算时已经对连梁刚度进行折减的，其弯矩值不宜再调幅或限制再调幅范围。连梁弯矩调幅后，应将减少的部分弯矩相应的分配到其他连梁或墙肢上，满足结构整体安全性。

3）当连梁取消对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢验算小震下的内力，按两次计算的较大值计算配筋。

4）宜避免将其他梁搁置在连梁上，因为这种做法会增大连梁剪力设计值，使其更难以满足高规第7.2.22条的规定。

1.6梁板分析

梁板混凝土及钢筋用量在剪力墙结构中所占百分比往往也较大，所以平面梁板布置也应进行优化。对高层剪力墙结构，剪力墙间距一般为3~5m，梁跨度较小，截面相应的取较小值即可，应避免设置截面高的连梁，一般计算配筋率结果略大于构造配筋率。梁传力途径应尽量简单明确，应避免多重次梁、多重传力的情况，将受力复杂化。一般楼面荷载也较小，楼板厚度一般按构造要求、建筑要求设置，满足计算要求即可。所以在设计中，紧抓梁上线线荷载、楼面荷载，计算数据要保持精确性，可以折减的荷载要折减，需要增加的荷载也应增加。即是说，设计时应从多方面考虑，减少梁截面、板厚度，将含钢量降下去。

在建筑平面转角窗部位宜在窗端设置宽度同墙厚的端柱或布置剪力墙，悬挑梁高度宜取楼板上下窗台间高度，加厚上下窗台板，使其形成匸字梁与端柱或剪力墙以梁抗扭刚度来传递弯矩与水平力的抗侧力结构，并对梁腰筋进行加强，这样对结构抗震性能会有较大改善。

2工程案例一：广州天马丽苑某栋

工程概况：本工程位于广州花都区，丙类建筑，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组第一组，场地类别二类。承设计基本风压取0.5KN/m2，地面粗糙度B类，本工程因高度超过60m，属对风荷载较敏感高层建筑，承载力设计时基本风压值取0.55 KN/m2。剪力墙抗震等级为三级，考虑偶然偏心影响。

塔楼地下一层，层高6.4m，地上34层，主要屋面高度99.87m，首层高4.8m，标准层高2.9m。塔楼沿高度方向混凝土强度等级变化为：-1～2层，C50；3～11层，C45；12～18层，C40；19～25层，C35；26～顶层，C30。沿高度方向墙厚变化为：350或300～200mm。主要梁截面为200x600、200x400。连梁截面为200x550。

表一：塔楼计算结果

表二：风与地震作用计算结果对比

从表一可看出，在水平力作用下，结构扭转效应较小，抗震性能较好。从表二可看出，结构抗侧刚度由风荷载控制，地震作用效应不是主要控制作用，Y向为结构侧向刚度弱向。本工程平面较规则，沿中轴线对称布置。墙体平面布置较均匀，能较好的利用建筑填充墙位置设置剪力墙，X向及Y向刚度能得到充分利用，抗扭转效应较好。

墙体设置构造边缘构件（底部加强区设置约束边缘构件），且尽量少布置，节省钢筋，梁板配筋均较小，结构成本控制较理想。本工程在电梯间及楼梯间开洞较多的位置，加强了洞口周边楼板，适当加厚楼板，加强配筋。在平面边角位置，采取加强措施，设置放射筋，提高边角部位楼板抗温度应力变形能力。在建筑转角窗部位，设置了匸形转角梁，截面高度取楼板上下窗台板间高度，加强梁抗扭构造措施，提高结构抗侧性能。

结束语

1、结构布置上应尽量减少剪力墙数量，以期通过布置较少的抗侧力构件获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度，既有利于抗震，又能节约结构成本，对投资方、设计人员达到双赢。

2、尽量少布置短肢剪力墙，相对普通剪力墙来说，短肢剪力墙受力性能较差，且配筋率要求较高，构造措施要求较严格，对抗震较不利，又一定程度提高了结构成本。宜避免形成单片独立墙，宜将各片墙体调整对齐，形成联肢墙或小开口整体墙。

3、如果连梁以水平荷载作用下产生的弯矩和剪力为主，竖向荷载下的弯矩对连梁影响不大（两端弯矩仍然反号），那么该连梁对剪切变形十分敏感，容易出现剪切裂缝，则应按连梁有关规定设计，一般是跨高比小于5的连梁；反之，跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。连梁超筋现象较多，一般需通过减小连梁刚度、连梁弯矩进行可塑性调幅等措施调整，或当连梁取消对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢验算小震下的内力，按两次计算的较大值计算配筋，以满足规范要求。

4、设计时应考虑优化梁板布置，使梁板尽量按接近构造要求配筋。

参考文献：

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【关键词】剪力墙；结构；混凝土；浇筑技术

中图分类号：TU37文献标识码： A

一、前言

目前我国的建筑行业主要应用钢筋混凝土进行施工建造，混凝土浇筑技术将决定着建筑的质量，剪力墙作为建筑的关键结构，其施工质量的好坏将至关重要，因此，我们要确保混凝土的浇筑技术的先进性和适用性。

二、剪力墙结构混凝土浇筑的施工程序及要点

1.作业准备

混凝土开盘前，应先对剪力墙侧模底部与地(楼)面之间的缝隙用水泥砂浆进行交圈封闭，以防底口漏浆产生烂根现象。

2.混凝土搅拌

(1)搅拌时间：尽量采取强制式搅拌机，加料顺序宜为：石子、水泥及固状外掺料(外加剂)、砂，水同液状外加剂一起加入。搅拌时间不少于1.5min，掺外加剂时根据要求适当延长。

(2)计量准确度：水泥、水及外掺料(外加剂)为土2％，骨料为土3％。搅拌机棚应设置混凝土配合比标牌。雨天应定时测定砂、石含水率，保证水灰比准确。

3.混凝土浇捣

(1)墙体混凝土浇筑宜先浇外墙，后浇内墙，或内外墙同时浇筑，分支流向轴线并排前进，各组兼顾横墙左右宽度各半范围。

(2)墙体浇筑混凝土前，在底部接槎处先浇筑5cm厚与墙体混凝土成分相同的水泥砂浆或减石子混凝土。用铁铲均匀入模，不应刚吊斗或混凝土泵管直接灌入模内。

(3)浇筑混凝土应分段分层进行，每层浇筑高度，应根据现场结构特点和钢筋疏密而定，宜为振动器作用部分长度的1．25倍，第一层浇筑高度控制在50cm左右，以后每次浇筑高度不应超过1m；混凝土下料点应分散布置。

(4)当墙高在3m以内时，可直接在墙顶下混凝土浇筑；超过3m时，应用串筒或在模扳侧面开门子洞装斜溜槽分段浇筑，每段高度不得超过2m，每段浇筑后将门子洞封严箍牢。浇灌墙体要在内模适当高度上留置混凝士浇灌口，设串筒或溜槽送料，外墙浇筑可采取分层分段循环转同时进行，交圈汇合，周而复始，直至外墙浇筑完成。

(5)洞口浇筑时，使洞口两侧浇筑高度对称均匀，振动棒距洞边30cm以上，宜从两侧同时振捣，防止洞口变形。大洞口下部模板应开口，并补充混凝土及时振捣密实。

4.上口找平

混凝土浇筑振捣完毕，将上口甩出的钢筋加以整理。用木抹子按预定标高线，将表面找平。预制楼板安装宜采用硬架支模。使混凝土墙上表面低于预制楼板下皮标高。

5.拆模、养护

常温时混凝土强度大于1MPa，冬期时掺防冻剂，使混凝土强度达到4MPa时拆模，保证拆模时墙体不粘模、不掉角、不裂缝并及时修整墙面、边角。常温及时喷水养护，养护时间不少于7d，掺用外加剂时不少于14d，浇水次数应能保持混凝土湿润。

6.冬期施工

(1)掺防冻剂混凝土出机温度不得低于+10℃，入模温度不得低于+5℃。

(2)注意检查外加剂掺量，测量水及骨料的加热温度，以及混凝土的出机温度、入模温度，骨料必须清洁，不含有冰雪等冻结物，混凝土搅拌时间比常温延长50％。

三、混凝土浇筑技术和养护工作

1.浇筑技术

首先，在施工的过程中，混凝土的浇筑方式主要有推移式以及分层浇筑，其在浇筑的过程中主要的要求是这两种方式的浇筑需采用连续性的浇筑方式，层间间隔的时间要注意合理缩短，这一时间不得超过混凝土的初凝的时间，否则按施工缝来处理层面。还需依据混凝土的和易性和所采用振捣器的作用深度来确定混凝土的摊铺厚度。非泵送混凝土的情况下，混凝土的摊铺厚度不得超过400 毫米；泵送混凝土的情况下，混凝土的摊铺厚度不得超过600 毫米。

其次，混凝土的搅拌要注意时间充足，还有拌合要均匀，在出现混凝土倾落的高度大于2 米的时候要采用串灌和溜槽等措施来进行下料。此高度小于2 米的时候，可以采用自由倾落。在混凝土的振捣的过程中要注意振捣的间距适当，附着式振捣器和插入式振捣器的间距为30 厘米。最后，如果混凝土还没有凝固的话，在技术上可以采取一次振捣，但是初凝之后，一般不能再次受到振动。一般来说，进行二次振捣，也就是在下一层的混凝土将近初凝的时候再采取一次振捣，能够克服由于气泡或者水分等上升所带来的较多的微孔现象，同时，还能够减少混凝土在沉降之后出现和钢筋脱离的现象，从而大大提高了混凝土施工的抗渗透性以及其刚度，保证了其施工的质量。

2.混凝土的养护工作

应做好混凝土的养护工作。在降温和保温的工作上，施工的过程中充分考虑到厚大体积的混凝土水泥水化热的问题，在施工的过程中要注意采用必要的降温的措施，从而实现错开水化热现象的集中出现。混凝土在施工过程中，应严格控制其温度，做好保温工作。一般来说，可以选择防水岩棉被或者是塑料薄膜，覆盖在混凝土表面，也可以采用10 厘米左右厚度的蓄水来进行养护，第一种养护具有良好的效果，其能确保混凝土的表面处于潮湿的状态，从而加强了其强度和稳定性。有利于补偿收缩的正常发挥。而采用岩棉被的时候，如果混凝土温度太高，将该保温材料揭开能促进降温，以更好控制温度。采用另一种蓄水方法有利于降低内部及表面存在的温差，防止裂缝出现，但是需要较长的养护周期。

四、混凝土浇筑技术的应用

1.建筑基础浇筑

建筑基础浇筑包括在各种类型的地基基础上进行混凝土浇筑。浇筑过程中要特别注意将垃圾清理和排水工作落实到位，以防对混凝土振实度和初凝时间造成影响，导致返工，严重影响施工成本和施工进度，对工程总体利益造成损害。

（1）桩基础施工。在台阶形状的桩基础进行混凝土浇筑工序时，应按照台

阶分布将浇筑一次性完成，不能留有任何缝隙；在对凝固混凝土进行拆卸时也要一次性完成，以保证砂浆能够充分填满模板。在杯口形状的桩基础进行混凝土浇筑工序时，要先用尽可能短的时间振实其杯口底部的混凝土，之后稍微暂停一下再继续浇筑混凝土，这样做可以有效控制杯口标高在指定范围内；杯口模板的位置也要特别注意，尽量采用两侧对称的方法进行浇筑，可以有效避免因一侧混凝土过重使芯模上升的不良施工现象出现。

（2）大体积基础施工。大体积基础对混凝土的整体性要求较高，所以宜采用连续不间断的方式进行分层浇筑。在一层浇筑完毕以后就将其捣实，然后才能再进行下一层的浇筑工序；相邻层与层之间应结合密切无缝隙，直至混凝土初凝完成。如果有特殊情况不能一次浇筑完成的话可以设置基础后浇带，后浇带的尺寸应综合考虑到混凝土在凝结过程中可能出现的膨胀及收缩情况再做定夺。

2.建筑物剪力墙浇筑

在对建筑物的剪力墙进行混凝土浇筑时，比较常用的浇筑手段就是长条形流水线浇筑作业，随着每一段的浇筑作业完成而逐渐提升高度。在入模操作时要用铁锹将混凝土和砂浆装入模板，绝对不能用料斗直接灌入，尽量避免对混凝土结构的损坏。首先要在墙体的地面浇筑厚约5cm 的均匀混凝土，然后才能对墙体进行混凝土浇筑或者层面混凝土结合工序。

3.建筑物框架浇筑

如果建筑物是多重框架形式，那么就要相应采取分层浇筑的方法，其中层次的划分根据水平或垂直方向又有着不同的标准。层与层之间的浇筑工序顺序应该是从柱到梁，首先考虑到柱，其次才是梁板。这方面的浇筑工序最好在模板安装之后、钢筋捆扎之前进行，这样可以为混凝土浇筑提供一个已经安装好的平台，对其起到很好的支撑作用。

五、结语

我国的建筑行业发展可谓是一日千里，对建筑施工技术的要求也不断提高，剪力墙是建筑的关键结构，为了保证施工质量，我们更应该对现有的混凝土浇筑技术进行分析，进而提高技术水平，保证建筑质量。

参考文献

[1]卢世飞 关于建筑混凝土浇筑技术分析 [J] 《城市建设理论研究（电子版）》 2012(2)

[2]程艰，王正球，王苏顺 剪力墙结构混凝土浇筑技术分析 [J] 《科协论坛（下半月）》 2011(5)

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关键词：斜裂缝 框架剪力墙

目前国内高层住宅设计中，普遍为框架剪力墙结构，楼层中一般以加气混凝土轻质填充墙作为房间分隔。该部分墙体粉刷前虽然采用了拉结钢筋、钢板网片等连接措施，但由于设计、施工工艺、环境等多方面原因，墙体粉刷后经常会产生墙体裂缝，尤其是墙体斜裂缝，施工中最不易控制，已经成为高层结构住宅结构施工中常见的质量通病。

1、 产生墙面裂缝原因的分析

裂缝产生的原因较复杂，除开结构因素，总体造成因素可分为构件材料温度变形系数的差异、气候温度变化、填充墙体的形状和尺寸、墙体的砌筑粉刷质量等几种。

(1)在高层建筑中，填充墙以轻质砌块为主。由于采用的轻质砌块温度变形系数与结构中的混凝土温度变形系数不相同，产生的收缩不一致，使砌体与混凝土构件之间会产生缝隙，就会在粉刷后的墙面产生裂缝。虽然在施工中为防止此类裂缝的产生，我们在砌体施工时常采用拉墙筋连接；粉刷时在混凝土与砌体连接处使用钢丝网片搭接粉刷施工；但由于施工拉墙筋及钢丝网片时操作失误（如拉墙筋位置与砌块灰缝位置不一致，拉墙筋未砌筑在砂浆结合处，钢丝网片太靠内侧而无法与粉刷砂浆形成一整体受力构件等因素），造成了虽然采取措施依然无法避免出现混凝土构件与砌体交接处裂缝。

(2) 填充墙砌体在粉刷后是以填充砌块、砌筑砂浆、拉墙筋、钢丝网片、粉刷砂浆为整体的统一受力构件，这其中除了上述1条中所述因素外而填充砌块强度、砌筑砂浆强度、粉刷砂浆强度也尤为重要，如强度达不到设计要求强度时也会影响到整体抗裂强度而造成墙面裂缝。

(3) 在填充墙砌体中，上部滚砖的砌筑，如施工中不按要求待下部砌体达到一定强度后再行砌筑，一次性砌筑到位，且滚砖挤压不紧，粉刷后就会造成墙体与梁、板底之间出现影响美观的横向裂缝。

(4) 在施工中填充墙超长、超高未按要求设置构造柱、卧梁，在温度的变化下，由于填充墙尺寸增大，变形幅度也相应增大，在超出填充墙砌体整体抗裂强度时就会产生墙面裂缝。

(5) 当墙体外界温度低于临界温度时，整个填充墙相对于钢筋混凝土构件产生收缩，从而在墙体内部产生拉应力。此时，填充墙体两端由于拉结筋和钢丝网片共同作用，产生横向拉应力，墙体上部由于钢板网作用产生向上的拉应力，由横向拉应力和向上的拉应力产生合力。当合力值到达一定数值时，由砌块和砂浆组成的砌体抗拉强度不足以抵抗拉应力合力，于是在垂直于合力方向，砌体的相对薄弱部位产生斜裂缝。斜裂缝的形成一般呈近似直线状，当砌筑砂浆强度不足或轻质砌块浇水不足时，有时裂缝也会沿砌体灰缝部位呈阶梯状分布。上述裂缝一般出现在轻质填充墙体上部，下部由于砌体自重与拉应力合力部分抵消，所以一般不会产生裂缝。

(6) 砌筑轻质砌块墙体时，由于多种因素造成墙体垂直度及平整度未能达到规范要求，使粉刷砂浆厚度超标，待粉刷层干燥后会出现不规则裂缝甚至空壳掉落，产生不必要的质量及安全隐患。综上所述，对造成容易产生墙体裂缝因素经过分析后，可采取相应预防措施来控制裂缝产生。

2、斜裂缝产生的机理分析 

当墙体外界温度低于临界温度时，整个填充墙体相对于钢筋混凝土墙体产生收缩，从而在墙体内部产生拉应力。此时，填充墙体两端由于拉结筋和钢板网共同作用，产生横向拉应力，墙体上部由于钢板网作用产生向上的拉应力，由横向拉应力和向上的拉应力产生合力。当合力值到达一定数值时，由砌块和砂浆组成的砌体抗拉强度不足以抵抗拉应力合力，于是在垂直于合力方向，砌体的相对薄弱部位产生斜裂缝。斜裂缝的形成一般呈近似直线状，当砌筑砂浆强度不足或加气混凝土砌块浇水不足时，有时裂缝也会沿砌体灰缝部位呈阶梯状分布。上述裂缝一般出现在轻质填充墙体上部，下部由于砌体自重与拉应力合力部分抵消，所以一般不会产生裂缝。

在分析了斜裂缝产生的机理后，即可采取相应的预防措施加以预防，主要预防措施有如下几项： 

（1）控制填充墙体的砌筑质量。

首先须确保砌筑原材料——加气混凝土砌块的质量，一定要使用品质良好、材质均匀，各项复验指标都达到要求的砌块。其次，砌筑用砂浆必须严格按照设计配比配制，并充分搅拌均匀；施工前，加气混凝土轻质砌块必须浇水充分，以免过度吸收砂浆水分导致砂浆强度不足。在施工操作上，拉结筋，横、竖缝坐浆，顶部斜砌及钢板网骑缝压钉，都必须严格按设计和施工规范施工，充分保证砌体的砌筑质量。 

（2） 控制抹灰时的温度。

根据温度对裂缝影响的因素，墙体粉刷施工宜在较低温度下进行，但因为工程开发进度要求，工程的抹灰施工不可能选择季节施工，加之钢板网和粉刷砂浆何时开始共同受力，很难量化确定，故而很难通过控制抹灰时的温度来达到避免和减少裂缝，一般不会采用控制抹灰时的温度控制裂缝产生。 

（3）以技术措施减短填充墙长（或高度）。

通过减短填充墙长度（或高度）来减小温度变化时的应力大小，从而降低裂缝产生的概率。通常情况下，由于使用功能原因，加气混凝土填充墙高度一般在3米左右，所以通过增设横向构造梁的方式来分隔墙体高度的做法并不多见。在墙体长度过长或长高比过大时，应考虑在填充墙体内部增设构造柱来加以分隔，从而通过减短墙体长度、降低高宽比达到来减少裂缝的目的。 

（4）增设斜向钢板网。

本技术预防措施的效果最为明显，主要方法是在墙体粉刷施工前，沿两顶角平分线45度布设钢板网，钢板网的长度根据不同填充墙体情况而定，一般情况下，钢板网下部超过填充墙体对角线10~15cm即可，宽度一般按照设计骑缝钢板网宽度。通过增设斜向钢板网来提高轻质填充墙体的斜向整体抗拉强度，可以有效的控制斜裂缝的产生。

参考文献

[1] 刘勇;王树军;;电站建设过程中框排架填充墙裂缝的原因分析及防治[J];河北工程技术高等专科学校学报;2009年02期

[2] 欧熙;;关于框架结构中轻质填充墙粉刷后裂缝的产生及预防措施[J];建筑安全;2009年07期

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关键词：高层建筑；剪力墙；结构

随着商品住宅建筑在我国城市建设中的发展，10层以上的高层住宅建筑大量采用剪力墙结构。相对于框架结构来说，剪力墙结构室内无柱及梁的棱角露出，更为美观，使用功能也更好，且增大了使用面积，故受到开发商和业主的广泛欢迎。

1 框架结构和剪力墙结构的特点比较

1.1 框架结构

由横梁和柱通过节点连接组成的结构体系是框架结构。框架结构的梁和柱，在施工和使用期间，既承受垂直方向的荷载，也承受水平方向的荷载；既有动荷载，也包括静荷载。在小高层住宅结构设计中，随着建筑层数的逐渐增多和建筑总高度的升高，横向水平侧力对结构构件的横截面尺寸和配筋量的影响就越显著，而且这种影响在框架结构建筑中尤其突出。框架结构中梁所受的内力，主要包括剪力和弯矩。柱的内力则主要包括轴力和弯矩，有时也受一定的剪力。由框架结构承重的结构体系，建筑平面布置相对灵活能构成相对较大的空间；立面设计时，采用轻质隔墙可大大减轻结构的自重，这些都是框架结构体系的优点。但是，通常情况下，框架柱尺寸相对过大而造成内凸的现象，也直接影响到户型的美观和空间的实际使用效率。

1.2 剪力墙结构

建筑的内、外墙体都是采用实体钢筋混凝土的结构体系称为剪力墙结构体系，其剪力墙承受建筑物全部的垂直荷载和水平荷载。因为剪力墙结构墙体都是由实体钢筋混凝土墙构成，楼面又是由刚性楼盖构成，所以剪力墙结构在其平面内有很大的抗侧刚度，属于刚性结构体系，能抵抗相对较大的水平侧力。在水平侧力作用下，剪力墙结构可看做是底部固接的竖向悬臂梁构件，由于墙肢受到的拉力或压力主要产生“弯曲型”变形。剪力墙结构体系把建筑划分成若干个单独空间，使得建筑的平面布置不够灵活，受到很大的限制，而且相对造价也较高，故仅应用于较高抗震烈度地区的住宅建筑。剪力墙结构的另一特点是可根据建筑平面的布局而设置钢筋混凝土墙体，户型的美观和空间的实际使用效率得到了改善。

2剪力墙结构的合理布置

2．1层数较少的高层住宅

20层以下的高层采用传统的现浇剪力墙结构，各墙肢轴压比的计算值往往较小，墙体配筋为构造配筋，墙体承载能力没有发挥出来，工程费用偏高。这时，若采用一种改进的现浇剪力墙结构，属于联肢剪力墙的短肢剪力墙结构(整体系数控制在3．5左右)，以上不足就可以得到解决。短肢剪力墙结构的具体做法是：利用位于建筑平面中部抗侧刚度很大的楼梯问、电梯间作为一个抵抗水平力的抗剪核心筒，这个核心筒有多片剪力墙组成，用以抵抗大部分由风荷载和地震作用引起的水平力。在7度区，20层以下的高层住宅采用短肢翦力墙结构，结构顶点位移、周期、底部剪力一般均可控制在合理范围内。

2．2框支翦力墙结构

底部大空间剪力墙结构是指全落地剪力墙和框架支承的剪力墙协同工作的结构体系。这种结构体系在底层为商店，上层为住宅，旅馆的建筑中经常被采用。但是这种体系的抗震性能不好，因为上层剪力墙结构抗侧刚度很大，而下层框架―剪力墙刚度较小；结构刚度沿竖向变化悬殊，有时达4~6倍，使得结构在水平力作用下容易产生应力集中和变形集中。下层的刚度应不小于上层刚度的70％。在框支剪力墙结构中，为了减小上下层的刚度比，不采用加大下层刚度的方法，而采取减小上部剪力墙体系的刚度即改用短肢剪力墙体系，经济效果就十分明显了。改进后保留的短肢墙的数虽主要取决于结构刚度的要求，要使结构的顶点位移和层间位移满足规范要求，并使底部剪力系数控制在合理的范围内。

2．3层数较多的高层住宅

在层数较多的高层建筑中，如采用短肢剪力墙体系，就使得结构较柔，结构顶点位移和层间位移就不一定能满足规范要求，底部剪力系数也偏低，结构趋于不安全。因此层数较多的高层住宅，最好采用整体性系数接近lO的联肢剪力墙。

3 在高层建筑中剪力墙结构设计注意事项

剪力墙的布置宜沿着主轴方向或其他方向双向布置；有抗震要求的剪力墙，应避免仅单向有墙的结构形式。墙肢截面简单、规则，侧向刚度不宜过大。高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多的时候应布置筒体(或一般剪力墙)形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时短肢剪力墙的抗震等级应比规定的剪力墙抗震等级提高以及采用；在抗震等级为一、二、三时不宜大于0.5、0.6、0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙其轴压比应降低0.10，短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。

剪力墙宜至下到上连续布置，避免刚度突变。

按三、四级抗震等级设计的剪力强戒面厚度底部加强部位不应小于层高和剪力墙无支长度的1／20，且不应小于160mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的l／25且不应小于160mm。

平面不规则而竖向规则的建筑结构应采用空间结构计算模型并应符合下列要求：（1)扭转不规则时应计及扭转影响且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层问位移平均值的1.5倍；（2）凹凸不规则或楼板局部不连续时应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时，应计及扭转影响。

抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻点层侧向刚度平均值的80％。当把地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

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【关键词】框架；剪力墙；抗震；

引言

框架剪力墙结构同时使用框架和剪力墙两种结构体系，将两者结合起来共同承受竖向和水平荷载，可大大减少结构本身侧移，并可有效提高结构的抗震能力，研究标明框架剪力墙结构中的剪力墙可承担总水平地震作用的80％及以上，其余部分方由框架结构承担，因此在框架剪力墙结构中如何合理确定剪力墙的布置和数量已成为重要课题，其可直接影响到建筑的抗震性能及经济效益。

1 框剪结构概念设计及抗震分析

框架剪力墙结构应设计成为双向抗侧力体系，结构的两个主轴方向均应布置剪力墙，在一个独立结构单元内平面布置应简单、规则、对称，并应避免导致应力几种的凹角和狭长的缩颈部位，竖向应尽量避免出现外挑，存在内收也不宜过多、过急，并应力求刚度均匀避免突变以及薄弱层的出现；结构承载力应自下而上逐步缩小，避免应力集中，最终结构的承载力、变形能力和刚度均应连续变化以适应结构抗震性要求；该种结构的抗震设计应有多道防线，并应保证节点的承载力和刚度与构件相适应，在构造设计时应采取有效措施防止其发生脆性破坏并可保证结构有足够的延性。

为提高结构的抗震性能，框架剪力墙结构中的剪力墙应均匀布置在建筑物的周边，对内部平面变化较大的部位其剪力墙间距不宜过大，平面形状凹凸较大时应在凸出部位端部设置剪力墙；结构框架梁柱、与剪力墙的轴线宜重合在同一平面内，剪力墙应贯穿建筑物全高，并应避免刚性突变，剪力墙的布置应使结构各主轴方向的侧向刚度接近等。

2 框架剪力墙结构抗震设计要点

2.1 强调概念设计

框架剪力墙结构抗震设计首先应选择合理的结构形式并确定可靠的传力途径，整体结构应设计成为双向抗侧力体系，结构平面形状宜规则、对称，结构在主轴的两个方向的动力特性应接近，并应尽量实现结构质心与重心重合，避免虚假对称的结构平面以及加强结构周边的抗扭刚度并减小扭转效应；抗震设计过程中结构两主轴方向均应布置剪力墙且其间距不宜过大，若剪力墙体需开凿较大洞口则应适当减小间距；对异型柱结构中处于受力不利部位的异型柱可采用一般框架柱来改善结构的整体受力性能。

2.2 提高剪力墙的抗震性能

可将剪力墙做成四周有梁柱的带边框墙，可利用边框和暗框来防止斜裂缝的发展，并可在墙板破坏后作承重构件来代替墙板承重并具有一定的延性，边框应具有足够的斜截面受剪承载力来承担因墙身通裂对边框梁柱带来的附加剪力；在肢墙设计时可设结构洞口或结构竖缝变为双肢墙或多肢墙，可将裂缝和屈服部位出现在结构竖缝或洞口连梁部位以形成能耗机构，并可将原剪力墙一分为二，降低其刚度以免剪力破坏的发生；研究标明当连梁的跨高比为5时其延性和能耗均优于跨高比为1时，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上，其滞回曲线也相当饱满，因此在设计过程中应对其组成和构造采取一定措施。

2.3 提高框架的抗震性能

由于角柱是连接纵横框架的枢纽，因此可通过增加角柱的措施来增加框架的空间整体性；在周圈框架平面应按照K型支撑和X型支撑布置一定数量的钢筋混凝土抗剪墙板或配筋砌块抗剪墙板以克服框架的剪力滞后现象，并可提高框架的整体性；由于折曲撑由钢纤维混凝土杆制造，偏心连接支撑可用钢杆或劲性钢筋混凝土杆组成，在地震发生时便可用该赘余杆件的先期屈服和变形来耗散能量，且当赘余杆件破坏或退出工作后使结构由一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系，于是可引起结构自振周期的改变，即可避免地震周期内长时间持续作用所引起的共振效应。

2.4 加强整体结构抗震性能

可通过实行机构控制来实现总体屈服机制，在结构的特定位置设置一定数量的人工塑性铰，对塑性铰发生的部位、顺序及塑性程度进行控制从而使得结构在强震作用下能够形成最佳的能耗机构，其在水平作用下实现水平构件先于竖向构件屈服，最后是竖向构件底部屈服；并使结构的刚度和承载力相互匹配以及结构的刚度和延性相互匹配。

2.5 设置多道防线

任何一个抗震性能好的结构体系应该由若干个延性较好的分体系组成，并应由延性较好的结构构件连接起来协同工作，当地震发生时，建筑物自身内部、外部赘余杆件吸收并消耗大量的地震能量，因此可减轻地震灾害，一般框架剪力墙结构是延性框架和抗震墙两个系统组成，其有框架和墙体两道防线。

2.6 合理运用地震作用方向

可通过引入水平力与整体坐标夹角来满足结构设计需要，并通过对不同方向下结构受力和变形情况的验算使结构趋于安全；因建筑结构在不同方向表现出不同的刚度性质，因此相同的地震力沿不同方向作用于结构的作用不同，结构反应的剧烈程度也不相同，因此会存在一个最不利地震作用方向，一般在结构平面的主轴，结构沿该方向的地震反应也最为剧烈； 对于包含斜交抗侧力构件的结构不管地震作用于哪个方向均无法同时保证所有的构件处于最大的内力状态，因此抗震规范规定对于包含有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应对各抗侧力构件方向的水平地震作用分别计算；对包含斜交构件的结构，因每个构件的最大风荷载作用有所不同，因此应对所有构件的风荷载均按照最大荷载作用， 并通过对水平力于整体坐标的夹角进行修改，并在不同角度下计算，过程中应尽量顾及每个构件可取得最大迎风面积，最终整个结构的设计可基于多次计算的结果，每个构件取最大值。

2.7 刚度及承载力相互匹配

在框架剪力墙结构中，若剪力墙数量多、厚度大，其刚度自然也大，但会导致结构自振周期减小，总的水平地震作用增大，反之若刚度小则地震力也相应变小，因此在设计过程中应根据建筑的重要性、装修等级和抗震设防烈度等因素来综合这一矛盾，最终确定结构的侧移限值，从而定出抗震墙的数量、厚度，实现结构既安全又经济。

2.8 刚度和延性相匹配

由于剪力墙和框架在刚度、弹性极限变形值和延性系数等放卖弄存在的差异导致该种复合结构的抗震性能大打折扣，致使各构件不能同步协调的发挥材料抗力而出现逐个被击破的情况，因此大大降低了构件的利用效率和整体的抗震可靠度，因此在设计时应尽量使框架和剪力墙的刚度和延性相互匹配，并可通过设置带竖缝的剪力墙，其在水平力作用下所产生的位移不以墙体的剪切变形为主而变为以柱的弯曲变形为主，原来出现在墙面上的斜向裂缝被柱上下端的水平裂缝所代替。

2.9 扭转计算和抗扭控制

在进行扭转计算和抗扭设计时应采取小震计算控制和大中震抗震措施并重的原则，尤其对大中震时的抗扭构造措施不能忽视，当扭转位移比超过1.35时，其双向地震作用明显，因此应进行双向地震作用计算，并应在结构平面上大致划分出受扭敏感区和质心区，进行经济有效的抗扭计算控制，对受扭敏感区内的竖向构件在大中震下所产生的扭矩不可忽视，且其处于有扭矩作用的复杂受力状态，其最终抗扭构造除满足规范要求外，应按照强扭弱弯并采取增加抗扭构造的措施。

3 结语

框架和剪力墙在框剪结构中在抗震性能上起到了良好的互补作用，因此其适合于抗震要求较高的地区，但框架剪力墙结构设计的合理与否将直接影响到建筑物的安全性能及其经济指标的高低，因此加强设计研究对实现建筑经济效益和社会效益具有非常重要的意义。

参考文献

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关键词：剪力墙；结构内力；计算；设计方法

中图分类号：TU398+.2文献标识码：A文章编号：

Abstract: the shear wall structure internal force calculation and design is an important part of building design, design personnel in the design process should follow some principles. This article will from the shear wall structure internal force calculation and design and the key points of the basic premise, are discussed.

Keywords: shear wall; Structural internal force; Computing; Design method

为了能使框架和剪力墙，这两种抗侧构件取长补短，一起抵抗水平荷载，在框架结构中设置部分剪力墙，这样就可以组成框架一剪力墙结构体系。如果剪力墙布置成筒体，也可以叫做框架一筒体结构体系。从实际情况上看，相对单片剪力墙，这种简体的承载能力、侧向刚度和抗扭能力都更高，一般用于更高的建筑结构。而在结构布置上，也可以有效的提高材料利用率。在建筑布置上，则往往可利用简体作为电梯间、楼梯间和竖向管道的通道。如果建筑层数为10～20层时，那单片剪力墙可以作为基本单元。

在一般的框架一剪力墙结构中，刚度大的剪力墙将承担80％～90％的水平力，是抗侧力的主体，从而使整个结构的侧向刚度大大提高。框架主要是承担竖向荷载，也可以提供较大的使用空间，这便于多功能的建筑布置。

一、框架一剪力墙结构的受力及变形

（一）框架一剪力墙结构的变形特点

通常情况下，纯框架的工作与竖向悬臂剪切梁相似，即在水平荷载作用下的变形是呈剪切型的，水平位移增长与楼层高低成反比。在所有的纯框架结构中，一切结构单元变形都是相似的，水平力按框架柱的抗侧刚度D值分配。

剪力墙的结构是竖向悬臂弯曲，其变形曲线呈弯曲型，水平位移增长与楼层高度成正比。在纯剪力墙结构中，所有的抗侧单元位移曲线相似。因为，在框架一剪力墙结构中，这两种不同类型的结构单元，都是通过平面刚度大的楼板组织工作的，具有共同抵抗水平荷载的职能，所以变形一定要协调。所以，在框架一剪力墙结构在水平力作用下，水平位移不是由顶点水平位移控制，而是由楼层层问位移与层高之比u/h控制。层间位移的最大值通常发生在(0.4～0.8)H高度内的楼层，H为建筑物总高度。

从理论上看，框架一剪力墙结构比框架结构的刚度和承载能力都高，层间变形在水平荷载作用下减小，所以也就降低了非结构构件的损坏程度。因此，不管是在非地震区，还是地震区，这种结构型式都可用来建造较高的高层建筑。

（二）框架一剪力墙结构协同工作的受力特点

因为框架和剪力墙在水平力作用下，各自会显示出不一样的变形特点，但是在刚度无限大的楼板连接作用之下，各个部分是不能实现自由变形的，在同一楼层高度处的变形必然是一致的，所以这两者之间肯定会存在相互作用力。

(1)剪力墙会阻止框架的水平位移，让它受到与外力相反的力，因为在正常情况下，剪力墙将会承担大部分水平荷载，而附加水平力会因为下部楼层框架的层间侧移大，而剪力墙的位移小。，剪力墙在上部楼层的层间变形大，框架阻止其变形使墙受与外力相反的力。框架和剪力墙之间的这种相互作用力，也叫附加水平力。

(2)剪力墙受力特点

在下部楼层，剪力墙承受大部分水平力及框架作用给它的附加水平力。在上部楼层，由于剪力墙的位移呈外倒的趋势，剪力墙不但不承受外荷载产生的水平剪力，反而给框架一个附加推力，从而产生负剪力。

(3)框架受力特点

在下部楼层承受很少外荷载产生的水平剪力，在上部楼层承受水平力产生的剪力及剪力墙的附加水平推力产生的剪力。分布状况是：中间大，下部小，分布均匀。

(4)水平力分配

剪力墙承受的荷载，下部大于外荷载，上部呈逐渐减小趋势，顶部有负集中力。框架在下部为负荷载，上部为正荷载，顶部有正集中力。顶点集中力是框架和剪力墙变形协调所需要的，因为集中力的存在，使得框架和剪力墙在顶部的剪力通常都不会是零。

二、框架一剪力墙结构布置规定

（一）双向抗侧力体系

剪力墙在框架――剪力墙结构中是主要抗侧力构件。因此，设计人员在抗震设计的过程中，必须要在两个主轴方向都布置剪力墙，构成双向抗侧力体系。这么做的原因是，仅在一个主轴方向布置剪力墙，最终会导致两个主轴方向的抗侧刚度相差过大，这就造成无剪力墙的方向刚度不足，同时也会带有纯框架的性质，这样就会与有剪力墙的另一向相冲突，最终可能会造成结构整体扭转。现行的《高层规程》是有强制性条文规定的。此外，地震作用的大小与建筑的重力荷载有关，所以应该保证结构两个主轴方向的侧向刚度尽可能的接近。

（二）刚性连接及构件对中布置

为达到整体结构的几何不变和刚度的发挥的目的，在框架――剪力墙结构中，主体结构构件间的连接(节点)应该要采用刚接。与此同时，结构在大震下的稳定性和实现耗能设计可以在较多的赘余约束中实现。但是，个别节点因为要调整个别梁的内力分布，从而避免因为沉降不均而产生过大内力等因素，也是需要采用梁端与柱或剪力墙铰接的形式的，不过必须要要注意的是，结构的几何必须保持不变，同时结构整体分析简图要与之相符。

（三）剪力墙布置

因为剪力墙的刚度往往是比较大的，二期其数量和布置不同时，对结构整体刚度和刚心位置影响也很大，所以在框架――剪力墙结构中，处理好剪力墙的布置就成了框架――剪力墙结构设计中的重点内容。

(1)基本原则

剪力墙布置在结构平面中的一般原则：“均匀、分散、周边、对称”。

因为剪力墙是结构主要的抗侧力单元，所以在每个方向上不应该只设置一道剪力墙，更不能只是为了加大截面惯性矩，而设置很长的一道墙。最佳的办法是，分散剪力墙。如果要做成单片墙，那要保证每方向少于有3片，而且每片墙刚度要尽可能的接近，也就是要均匀分散布置，这样就可以有效的避免剪力墙的数量太少，导致一旦局部遭受破坏就会引起全局破坏。

在设计时，应该注意保证每片剪力墙底部承担的水平剪力，不要超过结构底部总水平剪力的40％，以防止受力过分集中。因为，过分的受力集中往往会导致该片剪力墙对刚心位置影响过大，一旦遭到破坏就会对整体结构极为不利，而且也会不可避免的加大其截面和基础设计的难度。

所以，一般情况下单肢墙或多肢墙的墙肢长度都不超过8m，当然，除了上述原因，还有一点就是要避免墙的端部受力筋，过早的因变形过大而拉断，造成中部的分布筋无法发挥作用。

当设计中不可避免的造成剪力墙过长时，可通过设置弱连梁和在施工时留出结构洞，就是把一片墙划分为联肢墙的墙肢，洞口到施工后期再用块材填补封闭，保证每个墙肢的高度与其长度之比大于2。

纵、横剪力墙可以根据实际需要组成L形、口形和T形等型式。在设计中，必须要把纵、横剪力墙组成I形、L形等非一字形，或者把两个方向的剪力墙做成筒体形状，这样可以更好地发挥剪力墙自身的刚度。

(2)剪力墙的刚度与合理数量

框架――剪力墙结构中，主要由剪力墙的等效抗弯刚度 决定其结构的抗侧刚度，而顶点位移和层间变形都会随剪力墙 的加大而减小。不过，如果发生地震，那地震作用会因为增加刚度而随之增加，比如 增大1倍时，地震力将会增大20％，而侧向位移与 并不成反比关系。所以，剪力墙的数量要适当，过少可能会造成刚度不足，过多则会导致刚度过大，可能会导致更大的地震影响。所以，在一般建筑工程中，应该坚持适宜刚度原则，就是以满足位移限制作为确定剪力墙数量的依据。

一般情况下，在框架――剪力墙结构中，要保证剪力墙的数量，目的是使其在基本振型下的地震倾覆力矩的50％以上由剪力墙承受，与此对应的刚度特征值要控制在2以内。

(3)剪力墙的位置

①剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近以及楼梯间、电梯间、平面形状变化大及恒载较大的部位。②剪力墙应尽量对称布置，保证整体结构的刚心尽量与房屋质心重合，防止过大的扭转。③平面形状凹凸较大时，应该在凸出部分的端部附近布置剪力墙，以此消解因为平面变化带来的应力集中。

三、结束语

在建筑结构设计中，设计人员必须要对剪力墙结构内力计算与设计的基本前提有清晰的了解，在认清基本原理的基础上，在根据具体的过程要求在实际的工程设计中，做到科学有效，保证建筑结构的安全稳定。

参考文献：

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[2]李国强，方明霁，刘宜靖，陆烨.钢结构住宅体系加气混凝土外墙板抗震性能试验研究[J].土木工程学报，2005年10期

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高层建筑相比普通建筑，结构比较复杂，框架剪力墙结构有效结合框架结构与剪力墙结构的优点，使其在高层建筑中得到广泛应用。对于框架剪力墙结构优化设计，要同时考虑结构的受力、稳定性以及工程造价，这样才会使框架剪力墙结构的优化真正兼具经济性与使用性。高层建筑结构设计中要特别注意抵抗水平荷载的作用力，框架剪力墙结构中抵抗侧力的主要是剪力墙，所以剪力墙刚度对于结构的优化具有重要的意义，在高层建筑具体设计、施工中，一定要保证剪力墙的合理刚度。

2框架剪力墙结构的变形以及受力特点

2．1框架剪力墙的变形特点

框架剪力墙结构是由框架结构以及剪力墙结构组合而成的一种结构，框架结构与剪力墙结构在受力性能以及变形特性方面都有所不同，框架剪力墙结构侧向变形在剪切变形和弯曲变形之间，水平力作用下，剪力墙的变形主要是弯曲变形，框架的变形主要是剪切变形［1］。框架结构与剪力墙结构的水平位移需要保持一致，这样才能保证框架剪力墙结构呈反形的剪弯型变形曲线，框架结构下部位移增长很快，随着楼层高度的增加水平位移增长速度减慢，而剪力墙结构与之相反，这样两者结合的框架剪力墙结构侧移就比较小，从而使框架剪力墙结构中的内力有合理的分布。框架由梁柱线性杆件组成，其受力特点与竖向悬臂剪切梁相似，它的变形曲线是剪切形，框架结构中的所有框架变形曲线都是剪切形，因此，水平力是根据框架的抗推刚度D比例来分配的。剪力墙与框架结构不同，它是一种竖向悬臂弯曲结构，变形曲线是弯曲形，具有很大的抗弯曲刚度，水平力是根据剪力墙等效刚度EI比例分配。

2．2框架剪力墙结构的受力特点

同一个结构单元内，框架结构与剪力墙结构通过水平面内具有无线刚度的楼板相连，这样使得两个结构不能独自按照自身的弯曲变形或者剪切变形进行变形，因为两者在同一楼层的位移必须保持一致。忽略扭转力的作用，框架结构与剪力墙结构一起工作，两者之间相互作用，就形成在框架剪力墙结构的下部，剪力墙因框架的作用向前推，框架正好相反的受力状况［2］，沿竖向剪力墙与框架之间水平力的分配随着楼层的变化而发生改变，所以在框架剪力墙结构中，两者之间不是按照各自单独作用时的抗推刚度D、等效刚度EI进行水平力分配，在这种结构中，顶部存在剪力，是由于顶部剪力墙一起工作，相互之间肯定会产生荷载，框架在整个结构的中部存在最大剪力值，底部剪力较小，剪力墙承担主要的剪力。

3框架剪力墙结构的设计要点

3．1剪重比的设计要点

剪重比是建筑抗震设计中的一个重要参数，对于高层建筑的框架剪力墙结构来说剪重比更加重要，因为剪重比对于剪力墙具有重要的意义。如果剪力墙结构的设计周期比较长，加速度变化以及地面位移对其影响就比较大，但是，现实中很难准确计算传统振型的分解法，因为地震影响系数经常会出现较大的波动，长期作用会给选值带来很大影响，使得计算结果与实际情况不相符。因此在框架剪力墙结构中，确定剪重比时，一定要与各楼层的水平地震力相比取其最小值，因为剪重比达到最小，才能满足高层建筑安全方面的要求。

3．2刚重比的设计要点

在框架剪力墙结构中，刚重比与剪重比一样具有重要的意义，因为刚重比既直接反应建筑结构刚度与重力荷载之比，又是框架剪力墙结构稳定性的重要保障［3］，因此，高层建筑技术人员必须严格按照建筑工程技术标准确定刚重比［3］。同时，高层建筑框架剪力墙结构的设计要结合工程实际情况以及工程施工标准，这样才能保证刚重比的设计合理。

3．3框架剪力墙结构的整体抗震性能设计

框架剪力墙结构包含框架和剪力墙这两种结构，只有两者合理布置才能发挥不同结构的优点，使得框架剪力墙结构有较大的抗侧刚度，侧向变形在剪切变形之间，能够有效降低楼层变化产生的位移变化，更容易获得较大空间。(1)框架剪力墙结构相比单独的框架结构，对梁、柱节点要求比较低。框架剪力墙结构中剪力墙是重要的组成部分，所以结构中的梁纵筋在节点区锚固要求较低，与框架结构要求不同。地震作用力主要是沿框架剪力墙结构的两个主轴方向，但并不是两个主轴方向上的作用力都会达到最大值。正交作用在竖向抗震构件中作用明显［4］，所以框架结构需要在节点核心位置设置足够的箍筋，框架剪力墙结构因为存在较多剪力墙，不用考虑正交作用的影响。(2)在框架剪力墙结构的高度方向上，如果存在结构不一致，有超强部位，也有软弱的位置，在抗震作用下，就会导致结构曲率延性集中在结构比较软弱的位置，这样会对结构产生破坏。原因就在于软弱的位置因为作用力出现很大的非弹性变形，但是其他位置仍旧处于弹性阶段，所以，框架剪力墙结构的设计要重视剪力墙高度的连续性。同时，框架剪力墙结构设计中的承载力部分一定要尽量保持截面设计的承载力和地震反应相适应。剪力墙对于框架剪力墙结构抗震设计具有重要的意义，所以要注意剪力墙的延性设计，双肢剪力墙的延性相对较好，其各层连接梁能够形成塑性铰，这样就能够有效的吸能、耗能，提高剪力墙延性，延缓底层墙铰产生。(3)框架剪力墙结构设计中，深连梁剪力比较大，但是延性比较低，没办法与整体结构的延性保持一致。所以在设计中应该限制剪力墙延性，有时为了能在弹性阶段吸掉大部分能量，就需要提高剪力墙承载力，但是这种方法存在的问题就是会提高工程造价，为了避免工程造价过高，可以采用双连梁，这种方案可以有效改善连梁的受力［5］。设计过程中通常采用双连梁剪力墙设计方法，这种方法的优点在于降低连梁刚度，同时还可以有效降低截面承载的弯矩以及剪力，从而改善连梁受力性能，这样就不会发生连梁截面超筋的现象。除此之外，在框架剪力墙结构设计中把双连梁和其他不同类型的连梁超筋方案进行有效结合，这样就会实现受剪面积不变，但是连梁与剪力墙两者的受力得到改善的目标。

4结语

篇9

关键词:高层,剪力墙,连梁,超筋

1.剪力墙结构的破坏形式及连梁的破坏机理

众所周知混凝土结构的破坏可分脆性破坏和延性破坏两种,高层建筑剪力墙结构在水平力的作用下,同样分为脆性破坏(即剪切破坏)和延性破坏(即弯曲破坏)两种。

剪力墙的脆性破坏又可分为两种情况,一种是发生于墙肢的脆性破坏,由于 剪力墙的墙肢抗剪能力不够而发生剪切破坏,使剪力墙很快丧失承载能力,甚至造成整体结构突然的坍塌,因此在《建筑抗震设计规范》中剪力墙的截面轴压比极限值和在一、二级时剪力墙墙底部加强部位剪力设计值的放大系数,就是为了防止墙肢早于弯曲破坏而发生剪切破坏。剪力墙的脆性破坏第二种破坏情况是连梁发生剪切破坏。

剪力墙的延性破坏同样可分为两种情况,一种是连梁不屈服,墙肢首先发生屈服破坏。此时的剪力墙破坏时极限变形较小,吸收地震力较少,对于抗震要求较高的建筑虽然是屈服破坏,但也是不允许出现的。另外一种延性破坏是连梁先屈服,墙肢不屈服。

2.连梁计算超筋问题处理

(1)竖向荷载及风荷载作用下超筋连梁处理

连梁超筋分为竖向荷载(如恒载、楼面活载)作用下超筋;水平荷载(如风荷载和水平地震力)作用下超筋。设计过程中,常采用调整连梁刚度的方法处理连梁超筋现象,但应区别对待。竖向荷载作用下,连梁刚度不易折减,其支座弯矩可以通过弯矩调幅来降低;在风荷载起控制作用的高层建筑中连梁的刚度可以折减,但折减不宜小于0.8。如果对连梁采取了刚度折减后,仍出现受弯或抗剪承载力不够时,不宜再调整连梁内力,应采取下列几点措施:增加剪力墙的厚度 ,即增加连梁截面宽度提高剪力墙刚度的同时亦提高连梁的抗剪能力,增加剪力墙数,以减少每片剪力墙的水平力,用加大洞口宽度的方式来加大连梁跨度,减少连梁截面高度或在连梁中部开水平缝(即一道连梁变成上下二道连梁)等,以降低连梁刚度。

(2)水平地震作用下连梁刚度折减与调幅处理

连梁由于跨高比小(一般小于4),与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减弱,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时,就需对连梁刚度进行折减。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.2.1条规定“在内力与位移计算中,抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减,折减系数不宜小于0.5。”同时在条文说明第5.2.1中 “高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析,但抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小,而承受的弯矩和剪力很大,配筋设计困难。因此,可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下,允许其适当开裂(降低刚度)而把内力转移到墙体上。 通常,设防烈度低时可少折减一些 (6、7 度时可取0.7) ,设防烈度高时可多折减一些 (8、9 度时可取 0.5)。折减系数不宜小于0.5,以保证连梁承受竖向荷载的能力。对框架-剪力墙结构中一端与柱连接、一端与墙连接的梁以及剪力墙结构中的某些连梁,如果跨高比较大(比如大于5)、重力作用效应比水平风或水平地震作用效应更为明显,此时应慎重考虑梁刚度的折减问题,必要时可不进行梁刚度折减,以控制,正常使用阶段梁裂缝的发生和发展。

(3)连梁铰接处理

连梁经过刚度折减调整后,仍不能满足要求时,可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.25.3条规定“当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时,可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结构内力分析,墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。”即假定连梁大震下破坏,不能约束墙肢 因此可考虑连梁不参与工作,而按独立墙肢进行二次结构内力分析。这种情况往往使墙肢的内力及配筋加大,以保证墙肢的安全。此方法所调整的连梁,为其破坏对承受竖向荷载无明显影响的连梁,即该连梁不作为次梁或主梁的支承梁;本次调整为第二次调整,是在连梁刚度折减失效后采用的方法;同时在实际操作中,经常会出现将某根超筋连梁进行铰接处理后,引起其他位置原来不超筋的连梁超筋。

(4)其他方法

连梁还可以通过在连梁内增设暗撑和交叉钢筋来抵抗剪力。

3.连梁截面抗震设计

(1)连梁跨高比大于2.5时,连梁截面尺寸要求:

连梁斜截面受剪承载力分式为:

(2)连梁跨高比不大于2.5时,连梁截面尺寸要求:

连梁斜截面受剪承载力分式为:

跨高比小于2.5是深连梁的一个特殊值,深梁是以承受竖向荷载为主的,在竖向荷载作用下能形成拱的作用,承受水平推力;而深连梁则以承受水平荷载为主。因此,对于跨高比小于2.5的连梁的截面配筋方式,笔者建议参考连续深梁支座部位上部纵向钢筋的配筋方式,即将受力筋均匀布置,同时考虑到连梁以承受水平荷载为主,支座弯矩主要由水平荷载引起,在反复的水平荷载作用下支座截面上下受拉筋面积相近,宜采用截面对称配筋。

4.结语

高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时,问题是比较复杂的,设计时要把互相制约的因素统一协调,以取得比较理想的结果。因此无论采用哪一种解决方法,都要遵循“强剪弱弯”、“ 强墙弱梁”的原则,保证连梁的耗能作用,确保剪力墙在大震作用下不倒,整体结构的安全。

参考文献:

篇10

关键词：剪力墙优化，框剪结构

Abstract: in the box in the structural design of cut, if shear wall set too much, can lead to excessive structure stiffness, and make the earthquake effect and structural internal force increases, and can not play the advantage of frame structure. To solve this problem, the need to cut the shear wall structure frame number for the corresponding optimization.

Keywords: shear wall optimization, box shear structure

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

受平面布置，剪力墙结构使用空间较小、自重较大，将部分剪力墙改为框架，做成框架剪力墙结构（简称框剪结构），则可以使整个建筑平面布置灵活，结构上取得较大使用空间，能够满足使用要求。

一、工程概况

某办公楼采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，层数为10层，建筑总高度为33.4m，首层层高4m，第2层3.8m，3—16层均为3.2m，抗震设防烈度为8度 (0.30g)，场地II类，设计地震分组为第一组，地面粗糙程度B类，基本风压w0=0.30kN/m2。，梁、板、柱、墙现浇。结构平面布置图如下：

图1优化前的结构平面布置图

二、数学模型

（1）目标函数

当结构总的等效地震作用最小时，结构能够保持良好的延性，而且此时结构自重较轻，节省材料。因此本文取框剪结构总的等效地震作用最小值F作为目标函数：

（1）

其中，为相应于第j振型在第i层楼盖处水平地震作用。

（2）约束条件

高层建筑结构应具有必要的刚度，否则刚度过小，层间位移角过大，将使主结构不能满足弹性受力状态，与计算模型不一致；结构要具有必要的刚度可以防止填充墙、隔墙等非结构构件的损伤。

最终建立的数学模型如下：

三、剪力墙优化前后比较

图2优化后的结构平面布置图

通过PKPM对该工程结构剪力墙优化前后的设计进行演练模拟，得出结构周期、地震作用下最大层间位移角、底层框架柱地震倾覆弯矩百分比、各层质量、纵向地震作用下楼层剪力（图3）以及横向地震作用下楼层剪力（图4）：

表1 纵向地震作用下楼层剪力

表2 横向地震作用下楼层剪力

对剪力墙优化前后的对比分析，发现优化后第一扭转周期和第一平动周期变大，横向和纵向地震作用下最大层间位移角变大；横向和纵向底层框架柱地震倾覆弯矩百分比提高约10%；各层质量也较为减少；特别是横向和纵向地震作用下楼层剪力减少明显，横向剪力减少约17%左右，纵向剪力比优化前小30%以上。

四、结束语

（1）合理的剪力墙的布置对结构的设计至关重要，结构安全性和经济性都有较大的提高。

（2）本文目标函数为单一地震作用目标函数，如果能将混凝土用量和钢筋用量考虑进来，建立多目标函数，就更能直接反应框剪结构优化的经济性。

参考文献

[1] 贺维维. 框架一剪力墙结构的优化研究[D]. 西安:西安理工大学，2010.