剪力墙辨析---全面认识剪力墙

剪力墙辨析

一、剪力墙概念：

剪力墙看上去是个形状简单的构件其实它是个理论复杂的构件，剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时为小墙肢按柱设计，当略小于3时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。当墙肢长与肢宽之比在5~8之间为短肢剪力墙，比值大于8为一般剪力墙。短肢剪力墙的抗震等级高于一般剪力墙。

二、剪力墙受力特征：

剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。

实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙：

整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。

联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。

壁式框架：当剪力墙开洞过大时形成宽梁、宽柱组成的短墙肢，构件形成两端带有刚域的变截面杆件，在内力作用下许多墙肢将出现反弯点，墙已类似框架的受力特点，因此计算和构造应按近似框架结构考虑。

综上所述，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。

三、剪力墙设计要点：

为了保证墙体的稳定性及便于施工，使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力，规范要求一、二级抗震墙时墙的厚度应≥160mm，底部加强区宜≥200mm，三、四级抗震等级时应≥140mm，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。

结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差；计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性；因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从89规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙（柱）、转角墙（柱，也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。

对规范的不同理解往往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片墙仅在端墙设暗柱，有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱，而即使是公开发表出版的权威参考书或设计手册对暗柱（翼墙柱）的截面取值也出现了以下三种不同尺寸，甚至相同的资料由于出版的时间不同，对规范的理解也有所不同。因此造成配筋的差别很大，剪力墙的含钢量相差达2倍。含钢量过大与过少都是明显不合理的，开发商普遍有种钢筋恐惧症，而业主也有安全恐慌。结构设计首先要确保结构安全其次才考虑控制造价，毕竟人的的生命是最宝贵的。但遗憾的是在中国不管是现代建筑还是历史建筑普遍不能经受地震考验。

“抗规”GB50011 -2001规定抗震墙结构、部分框支抗震墙中落地剪力墙当一、二级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件；但对于一般抗震墙结构（除部分框支墙外）当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。“抗规”未明确框架-剪力墙结构中的剪力墙需设置约束边缘构件时抗震墙的抗震等级和轴压比界限值；但根据混凝土规范11.7.14条笔者理解框架-剪力墙不受一、二抗震等级限制，凡底部加强区及其上一层当不满足轴压比限界时则均应设约束边缘构件。综合分析“抗规”、“砼规”和“高规”设计约束边缘构件时，框剪结构、框支结构。根据抗震规范6.1.2条规定，8度地震区剪力墙结构的抗震等级至少应为二级；按6.4.1条要求剪力墙底部加强部位墙厚一、二级抗震等级时不宜小于200mm，且不小于层高的1/16，其他部位不小于 160mm，当墙端头无翼墙或暗柱时不应小于层高的1/12。以上规定目的是为防止因墙体平面外刚度过小，稳定性差，容易在偏心荷载作用下压屈失稳，但这些规定对于八度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。

不必死扣规范，而通过采用概念设计分析，控制墙肢轴压比，进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋，保证其整体性连接等措施，是可以使墙厚减小的。

墙体的配筋率，目前在“砼规”11.7.11条文强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中，竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25%;部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3% .

墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏，同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝，设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加，特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。墙的竖向钢筋主要起抗弯作用，目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋；但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋，笔者认为竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋，墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距≦300mm，也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度，对抗震不利。

四、剪力墙构造问题

剪力墙由墙柱、墙身和墙梁构成，墙柱位于墙边缘是墙的加强部位，与墙等厚为暗柱，暗柱箍筋上下柱端无需加密，但在基础内需要不少于二道间距不大于500MM 的固定箍筋，虽然很难起到固定作用，实际施工一般不放置。宽于墙厚为端柱，端柱、独立暗柱和小墙肢钢筋构造按框架柱。墙形状虽然象板，但其钢筋构造与板有本质的区别。板是单纯的受弯构件，可以采取分离式配筋，即板底筋加支座负筋的的形式，但剪力墙必须按双层双向设计。板钢筋底筋进入支座5D且至中心线，但墙的水平筋必须到墙端，暗柱与墙是个不可割的整体，是受力共同体，暗柱是墙边缘约束加强构件，不管暗柱有多宽，剪力墙水平筋都伸至暗柱外端，墙水平剪筋不存在与暗柱搭接或锚固。但但墙水平筋伸入端柱可以是个锚固值，当小于锚固值时须伸至端柱内侧且弯折15D。墙在基础内插筋弯折长度不于150，且不少于二道水平筋和拉钩，主要起固定作用，但实际效果并不明显又增加施工难度，缺乏可操作性，也是浪费钢筋。墙水平筋不宜在墙转角处搭接，墙转角是墙应力集中部位，墙水平筋在转角搭接不能保证混凝土对钢筋的有效握裹，减弱粘结强度，使墙转角成为薄弱部位。但水平筋避开墙转角连接会增加施工难度，也给钢筋计算带来麻烦。墙水平筋与暗梁侧面钢筋不重复布置两者取大者。墙水平筋在框架梁不必设置。但墙竖筋贯通框架梁。墙水平筋贯通连梁，放在连梁的外侧，但施工不便，钢筋计算也不便。连梁的侧面钢筋与墙水平筋可以采用分离式。墙竖筋连接位置原则上没有限制，一般位于楼面以上一个搭接长度，搭接长度等于1.2LAE，并且按50%交错。墙竖筋在屋顶与屋面板搭接，墙竖筋伸入屋面板一个锚固值。

墙梁包括连梁、暗梁和边框梁。现在的设计者对梁概念处于亚清晰状态，亚清晰是由浅阅读造成的，现代人很难静心潜心和深度研究问题。设计者给梁的代号也随心所欲，极为混乱，如连梁箍筋设计成加密非加密，岂不知连梁规范要求全加密，连梁不允许支承梁，即不能作为梁的支座。有的LL 梁设计成KL，有的L梁设计成LL，把AL梁设计成KL，凡此种种，对施工和预算带来困难。我们施工和预算不能仅根据梁的代号而且根据它的受力特征来判断它究属于那类梁。连接二片墙的梁是连梁，连梁上下纵向钢筋伸入暗柱和墙的共同体内一个锚固且不少于600MM。为防止顶层连梁的锚固区的破坏须加设约束箍筋。与墙垂直交的梁为框架梁或次梁。暗梁纵向钢筋锚入暗柱内与暗柱形成剪力墙内隐形框架。