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1、 浅谈结构设计中剪力墙的设计与分析浅谈结构设计中剪力墙的设计与分析摘要： 高层的增多让剪力墙的应用更加繁复，所以我们作为结构设计者更要清晰准确的掌控好剪力墙的使用，达到设计的建筑的使用性，安全性都能最优化，来保护人民的生命财产安全，在灾难面前不受损失。关键词：剪力墙；设计；基本概念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 时可按柱设计，当墙肢长与肢宽之比略大于 4 或略小于 4 时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。一、剪力墙的尺寸1.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
2、主要是其长度与 厚度的比值，当比值小于或等于 4 时可按柱设计，当墙肢长与肢宽之比略大于 4 或略小于 4 时可视为为异形柱，按 双向受压构件设计。2.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。3.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
3、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
4、，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。4.墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值：即剪力墙之间的间距；门窗洞口之间的翼缘宽度；墙肢总高度的 1/10；剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各 6 倍的长度。5.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
5、，三、四级抗震等级时应140mm，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。以上所述的剪力墙设计中的概念问题可能绝大部分设计人员都懂，但实际应用到工程设计中，施工图纸表达出来的东西有时则存在很大差别，追究原因，许多是与具体的构造处理有关，因此造成墙的截面和配筋差别大不合理。二、 剪力墙结构的变形及受力特点1.变形特点在水平荷载作用下，框架结构的侧向变形曲线以剪切型为主，而剪力墙的变形则以弯曲型为主。由于两者是受力性能不同的两种结构，因而两者之间需要通过楼板的协同工作。由于楼板平面内刚度很大(计算中假定为无限刚性)，因此在同一楼板处必有相同的位移，这就形成了框架剪力墙结构特有的变形曲线，呈反s 形的弯剪型变
6、形曲线。框架下部位移增长迅速，上部增长较慢，剪力墙则与之相反。在框架剪力墙结构下部，侧移较小的剪力墙对框架提供帮助，墙把框架向左边拉，框架剪力墙的侧移比框架单独侧移小，比剪力墙单独侧移大；而上部，框架又可以对剪力墙提供支持，即框架把墙向左边推，其侧移比框架单独侧移大，比剪力墙单独侧移小。最终框架剪力墙结构的侧移大大减小，且使框架和剪力墙中内力分布更趋合理。?2.受力特点剪力墙的侧移刚度远大于框架，因此剪力墙分配到的剪力也将远大于框架。由于上述变形的协调作用，框架和剪力墙的荷载和剪力分布沿高度在不断调整。框架结构在水平力作用下，框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例和框架各楼层剪力分布情况随着楼层所
7、处高度而变化，与结构刚度特征值 直接相关。框剪结构中的框架底部剪力为零，剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在上部，而纯框架最大剪力在底部。因此，当实际布置有剪力墙(如：楼梯间墙、电梯井道墙、设备管道井墙等)的框架结构，必须按框架结构协同工作计算内力，不应简单按纯框架分析，否则不能保证框架部分上部楼层构件的安全。三、剪力墙的分类和受力特点(1) 一般剪力墙的墙肢截面高度 u h 和厚度 u b 之比大于 8；短肢剪力墙的墙肢高度与厚度之比为 58。(2) 一般剪力墙根据墙面开洞大小情况，分为整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。它们的受力特点如下： 整截面剪力墙。当剪力墙不开门窗洞口或虽开有洞
8、口，但洞口很小时(洞口面积不大于剪力墙总面积的 15%、且洞口净矩及洞口至墙边的净距都大于洞口长边的尺寸)，把其看作整截面墙。此时，它们的受力性能犹如一悬臂杆，截面上的正应力仍符合平截面假定，在墙肢的高度上，弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主。 整体小开洞墙。当剪力墙上的门窗洞口沿竖向成列布置，洞口的总面积虽超过了墙总面积的 15%，但总的说来洞口仍很小时，称其为整体小开口墙。它在荷载作用下，在连梁处的墙肢弯矩图有突变，但在整个墙肢的高度上，没有或仅在个别楼层中才出现反弯点，整个剪力墙的变形曲线仍以弯曲型为主。 双肢剪力墙。此类剪力墙上的门窗洞口尺寸较大，则整个剪力墙截面上
9、的正应力已不再成直线分布，其变形曲线与整体小开口墙相近，仍以弯曲变形为主。 壁式框架。当剪力墙具有多列洞口，且洞口尺寸较大，特别是当洞口上连梁的线刚度大于或接近于洞口侧边墙肢的线刚度时，则剪力墙的受力性能已接近于框架，宜按带刚域的“壁式框架”进行设计。此时，在水平荷载作用下其柱的弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数的楼层中都出现反弯点，整个框架的变形以剪切型为主。(3) 剪力墙的墙肢截面高度 w h 与厚度 w b 之比小于 5 时，称为小墙肢。其中，当之比 3 时，宜按框架柱进行截面设计。四、小结在框架结构中加设适量的剪力墙，二者通过楼盖协同工作，以满足建筑物的抗侧要求，从而组成框架剪力墙结构体系。在框架中局部增加剪力墙可以在对建筑物的使用功能影响不大的情况下，使结构的抗侧刚度和承载力都有明显提高，所以这种结构体系兼有框架和剪力墙结构的优点，是一种适用性很广的结构形式。
