什么是剪力墻?

【專家解說(shuō)】：房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載的墻體。防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。分平面剪力墻和筒體剪力墻。平面剪力墻用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)、無(wú)梁樓蓋體系中。為增加結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度及抗倒塌能力，在某些部位可現(xiàn)澆或預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻。現(xiàn)澆剪力墻與周邊梁、柱同時(shí)澆筑，整體性好。筒體剪力墻用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)中 ，由電梯間、樓梯間、設(shè)備及輔助用房的間隔墻圍成，筒壁均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，其剛度和強(qiáng)度較平面剪力墻高可承受較大的水平荷載。 剪力墻的類別: 一般按照剪力墻上洞口的大小、多少及排列方式，將剪力墻分為以下幾種類型： 整體墻 沒(méi)有門窗洞口或只有少量很小的洞口時(shí)，可以忽略洞口的存在，這種剪力墻即為整體剪力墻，簡(jiǎn)稱整體墻。 當(dāng)門窗洞口的面積之和不超過(guò)剪力墻側(cè)面積的15%，且洞口間凈距及孔洞至墻邊的凈距大于洞口長(zhǎng)邊尺寸時(shí)，即為整體墻。 小開口整體墻 門窗洞口尺寸比整體墻要大一些，此時(shí)墻肢中已出現(xiàn)局部彎矩，這種墻稱為小開口整體墻。 聯(lián)肢墻 剪力墻上開有一列或多列洞口，且洞口尺寸相對(duì)較大，此時(shí)剪力墻的受力相當(dāng)于通過(guò)洞口之間的連梁連在一起的一系列墻肢，故稱連肢墻。 框支剪力墻 當(dāng)?shù)讓有枰罂臻g時(shí)，采用框架結(jié)構(gòu)支撐上部剪力墻，就形成框支剪力墻。在**區(qū)，不容許采用純粹的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。 壁式框架 在聯(lián)肢墻中，如果洞口開的再大一些，使得墻肢剛度較弱、連梁剛度相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，剪力墻的受力特性已接近框架。由于剪力墻的厚度較框架結(jié)構(gòu)梁柱的寬度要小一些，故稱壁式框架。 開有不規(guī)則洞口的剪力墻 有時(shí)由于建筑使用的要求，需要在剪力墻上開有較大的洞口，而且洞口的排列不規(guī)則，即為此種類型。 需要說(shuō)明的是，上述剪力墻的類型劃分不是嚴(yán)格意義上的劃分，嚴(yán)格劃分剪力墻的類型還需要考慮剪力墻本身的受力特點(diǎn)。 剪力墻結(jié)構(gòu) (一)剪力墻的概念和結(jié)構(gòu)效能 1．建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時(shí)，這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來(lái)的豎向荷載，同時(shí)承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來(lái)的水平地震作用。剪力墻即由此而得名(抗震規(guī)范定名為抗震墻)。 2．剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，因此墻體的布置必須同時(shí)滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。 3，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力，因此，可建造較高的建筑物。 4．剪力墻的間距有一定限制，故不可能開間太大。對(duì)需要大空間時(shí)就不太適用。靈活性就差。一般適用住宅、公寓和旅館。 5．剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板，可以不設(shè)梁，所以空間利用比較好，可節(jié)約層高。 (二)剪力墻結(jié)構(gòu)體系的類型及適用范圍 1．框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。是由框架與剪力墻組合而成的結(jié)構(gòu)體系，適用于需要有局部大空間的建筑，這時(shí)在局部大空間部分采用框架結(jié)構(gòu)，同時(shí)又可用剪力墻來(lái)提高建筑物的抗側(cè)能力，從而滿足高層建筑的要求。 2．普通剪力墻結(jié)構(gòu)。全部由剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。 3．框支剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的底部需要有大空間，剪力墻無(wú)法全部落地時(shí)，就需要采用底部框支剪力墻的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。 (三)普通剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置 1．平面布置 剪力墻結(jié)構(gòu)中全部豎向荷載和水平力都由鋼筋混凝土墻承受，所以剪力墻應(yīng)沿平面主要軸線方向布置。 1)矩形、L形、T形平面時(shí)，剪力墻沿兩個(gè)正交的主軸方向布置； 2)三角形及Y形平面可沿三個(gè)方向布置； 3)正多邊形、圓形和弧形平面，則可沿徑向及環(huán)向布置。 單片剪力墻的長(zhǎng)度不宜過(guò)大： 1)長(zhǎng)度很大的剪力墻，剛度很大將使結(jié)構(gòu)的周期過(guò)短，地震力太大不經(jīng)濟(jì)； 2)剪力墻以處于受彎工作狀態(tài)時(shí)，才能有足夠的延性，故剪力墻應(yīng)當(dāng)是高細(xì)的，如果剪力墻太長(zhǎng)時(shí)，將形成低寬剪力墻，就會(huì)由受剪破壞，剪力墻呈脆性，不利于抗震。故同一軸線上的連續(xù)剪力墻過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)用樓板或小連梁分成若干個(gè)墻段，每個(gè)墻段的高寬比應(yīng)不小于2。每個(gè)墻段可以是單片墻，小開口墻或聯(lián)肢墻。每個(gè)墻肢的寬度不宜大于8．0m，以保證墻肢是由受彎承載力控制，和充分發(fā)揮豎向分布筋的作用。內(nèi)力計(jì)算時(shí)，墻段之間的樓板或弱連梁不考慮其作用，每個(gè)墻段作為一片獨(dú)立剪力墻計(jì)算。 剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長(zhǎng)度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu)，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。 這種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)是： ①結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來(lái)布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾； ②墻的數(shù)量可多可少，肢長(zhǎng)可長(zhǎng)可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過(guò)不同的尺寸和布置來(lái)調(diào)整剛度中心的位置； ③能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡(jiǎn)單； ④連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)，可隱蔽； ⑤根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強(qiáng)度要求。 對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設(shè)計(jì)院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清華大學(xué)的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣，但對(duì)墻肢較長(zhǎng)的短肢剪力墻，應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進(jìn)行校核。 在進(jìn)行以上分析后，按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》進(jìn)行截面與構(gòu)造設(shè)計(jì)，相對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)踐較為成熟，但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有需要引起重視的方面。 （1）由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防； （2）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，會(huì)加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率； （3）高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，顯現(xiàn)整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力，由一些模型試驗(yàn)反映出外周邊墻肢開裂，因而對(duì)外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個(gè)方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢； （4）各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近，必要時(shí)用長(zhǎng)肢墻來(lái)調(diào)整剛度中心； （5）高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對(duì)減小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不應(yīng)在計(jì)算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計(jì)內(nèi)力降低，應(yīng)按普通框架梁要求，控制砼壓區(qū)高度，其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%-80%來(lái)解決，按強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行計(jì)算。 剪力墻的計(jì)算 [編輯本段]剪力墻的計(jì)算方法: 剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過(guò)樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力。可以按照剪力墻的受荷面積簡(jiǎn)單計(jì)算。 在水平荷載作用下，剪力墻受力分析實(shí)際上是二維平面問(wèn)題，精確計(jì)算應(yīng)該按照平面問(wèn)題進(jìn)行求解?？梢越柚谟?jì)算機(jī)，用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算精度高，但工作量較大。在工程設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)不同類型剪力墻的受力特點(diǎn)，進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。 整體墻和小開口整體墻 在水平力的作用下，整體墻類似于一懸臂柱，可以按照懸臂構(gòu)件來(lái)計(jì)算整體墻的截面彎矩和剪力。小開口整體墻，由于洞口的影響，墻肢間應(yīng)力分布不再是直線，但偏離不大?？梢栽谡w墻計(jì)算方法的基礎(chǔ)上加以修正。 聯(lián)肢墻 聯(lián)肢墻是由一系列連梁約束的墻肢組成，可以采用連續(xù)化方法近似計(jì)算。 壁式框架 壁式框架可以簡(jiǎn)化為帶剛域的框架，用改進(jìn)的反彎點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算。 框支剪力墻和開有不規(guī)則洞口的剪力墻 此兩類剪力墻比較復(fù)雜，最好采用有限元法借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算判斷過(guò)程是由整體參數(shù)來(lái)判斷的有關(guān)計(jì)算方法有那些注意的問(wèn)題,希望大家展開討論. 還有個(gè)比較重要而且需要進(jìn)一步理解的概念是:協(xié)同工作原理 基本的原理是這樣的:框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的?？蚣艿膫?cè)移曲線是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪力墻的側(cè)移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架—剪力墻（以下簡(jiǎn)稱框-剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框—剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡(jiǎn)稱彎剪型。在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框—剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些，比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反?？蚣芎图袅υ诠餐袚?dān)外部荷載的同時(shí)，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用。框架和剪力墻之間的這種相互作用關(guān)系，即為協(xié)同工作原理。 考慮地震作用組合的剪力墻，其正截面抗震承載力應(yīng)按規(guī)定計(jì)算，但在其正截面承載力計(jì)算公式右邊，應(yīng)除以相應(yīng)的承載力抗震調(diào)整系數(shù) γRE。剪力墻各墻肢截面考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計(jì)值：對(duì)一級(jí)抗震等級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位及以上一層，應(yīng)按墻肢底部截面考慮地震作用組合彎矩設(shè)計(jì)值采用，其他部位可采用考慮地震作用組合彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)