第十八届全国高屡建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年小高层剪力墙结构设计叶立寰( 总后建筑设计研究院北京1 0 0 0 3 6 )提要本文对8 度抗震设防地区，十五层以下小高层住宅，在结构设计过程中遇到的结构体系布置、边缘构件、改善剪力墙结构的抗震性能的措藏等闯题进行了探讨关键词剪力墒，周期控制位移控制．抗震性能1前言随着经济和社会的发展，高层住宅建筑在大中城市呈现不断发展的态势，其中有大量十一、二层的小高层住宅从我国犀情出发，小高层住宅大都采用钢筋混凝土结构，目前新的建筑抗震设计规范( G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 ) 及高层建筑混凝土结构技术规程( J G J 3 ．2 0 0 2 )已全面开始实施本文对8 度抗震设防地区，十五层以下小高层住宅，在结构设计过程中遇到的结构体系布置、剪力墙边缘构件、改善剪力墙结构的抗震性能的措施等问题进行了探讨2 结构体系的确定由丁环保、节能和节约土地，北京地区已限制使用粘土砖，钢筋混凝±高层住宅的数鹫越来越多，对于钢筋混凝土结构，文献( 1 ) 、( 2 ) 给出了楼层竖向构件最大的弹性水平能移和层间位移与楼层平均值的比值规定( 位移控制) ；文献( 2 ) 给出了结构以扭转为主的第一周期i t , 和以平动为主的第一周期r ，的比值规定( 周期控制) ，这些规定设计人员无疑应该严格执行。
2 ．1大开间剪力墙结构随着住宅的商品化，小户型的住宅建筑设计已不适应市场的要求业主希望每户除厨房和卫生间外，应提供一个可灵活布置的大空洞，以便住户日后改变分隔室内空间；同时对于十五层以下的住宅，室内全部用现浇钢筋混凝土分隔成小的开问也是不必要的，必然带来刚度的过大、地震作用增大、钢筋和混凝士用量增多以及地基基础处理的困难，相反采用火开间剪力墙结构则具有明显的优越性人开间剪力墙结构，在8 度抗震设防地区，层数在2 0 层以内时，墙体一般按构造要求配筋，对丁．北京地区几十个上程常用平面尺寸，其开间不大于7 米，标准层层高为2 ．7 米，1 6 层以上的剪力墙结构，文献( 3 ) 对其墙厚、混凝土强度等级、配筋等基本情况归纳为表1 ，1 6I 叶妒寰，劈．1 9 6 5 ．6n { 生．丁学硕士，高级工稷师·5 9 8 ·第一} ．八属全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 圭#层以下的高层住宅一般墙厚为1 6 0 “ 7 “ 1 8 0 m m ，墙体的水平和竖向分布钢筋也在①1 z @ 2 0 0 -, D 8 @ 2 0 0 之间变化 表l大开间开放式住宅结构体系的基本情况趴．混凝土墙厚墙体分布钢筋墙节点主筋直狰层号强度层号内墙外墙层号内壤外墙层号内墙外墙等级1 5 ．2 00 l O ．2 0 00 l O ．2 0 02 01 1 ．2 0c 2 51 1 ．2 01 8 01 8 0 ．2 0 04 ．1 40 1 2 ．2 0 0m 1 2 ．2 0 ( )l l - 2 0{ 1 ) 1 8( D 2 01 ．1 0C 3 01 ．1 01 8 02 0 01 ．3m 1 2 ．2 0 0◇1 2 ．2 0 0l - l O0 1 8心2 01 8¨．1 8c 2 5l O ．1 81 8 01 8 01 1 ．1 8中l O ．2 0 001 0 - ' 2 0 0l O ．1 8巾1 80 1 8卜l OC 3 0卜91 8 01 8 0l - l O0 1 2 ．2 0 l o巾1 2 ．2 0 01 ．9m } 8( ：I ) 1 81 6l O ．1 6C 2 51 ．1 01 6 0 ．1 8 01 6 0 ．1 8 01 1 ．1 6O l O ．2 0 00 1 0 ．2 0 01 0 ．1 6m 1 80 1 81 ．9C 3 01 ．91 6 0 ．1 8 01 8 01 ．1 00 1 2 ．2 0 0m 1 2 - 2 0 01 ．9◇1 8( I ) 1 82 ．2 短肢剪力力墙缩构短肢剪力墙结构体系是指由简体或一般剪力墙( 墙肢截面高度与厚度之比火于8 ) 别短肢剪力墙( 墙肢截面高度与厚度之比为5 ～8 ) 共同组成的抗侧力体系。
短肢剪力墙结构符合建筑要求，有利于住宅建筑的布置，同时结构布置灵活，可采用轻质节能的墙体填充材料，减轻了结构的自重，因此应用逐渐，“泛由于短肢剪力墙结构抗震性能较差，地震区应用经验不多，考虑住宅建筑的安全，文献( 2 ) 中7 ．1 ．2 和7 ．1 ．3 条对短肢剪力墙结构的下列内容傲了规定：( 1 ) 短肢剪力墙结构的最人适用高度：( 2 ) 筒体和一般剪力墙的数量要求：( 3 ) 短肢剪力墙结构的抗震等级：( 4 ) 短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比限值：( 5 ) 短肢剪力墙剪力设计值的调整；( 6 ) 短肢剪力墙纵向钢筋配筋率；( 7 ) 短肢剪力墙的厚度；( 8 ) 一字形短肢剪力墙的布置要求，这些都是设计人员进行短肢剪力墙结构设计时应该遵守的内容3 剪力墙边缘构件研究表明，剪力墙边缘构件( 暗柱、端柱、翼柱) 有横向钢筋的约束，可改善混凝士的受压性能，增大延性试验研究表明：钢筋混凝士剪力墙设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比，其极限承载力提高约4 0 ％，耗能能力增大2 0 ％，极限层间位移角可增加一倍，且增加了墙的稳定性，对改善剪力墙的承载能力和抗震性能有明显的作刚，因此文献( 1 ) 、( 2 ) 规定：一、二级抗震墙底部加强部位及相邻上一层应设置约束边缘构件，一、二级抗震墙其他部位和三、四级抗震墙应设置构造边缘构件。
约束边缘构件是指用箍筋( 和拉筋) 约束的暗柱、端柱和翼柱，构造边缘构件与以往的要求相差不大文献( 1 ) 、( 2 ) 对约束边缘构件给出了常见的“一、L 、T ”和端柱四种形状，构造边缘构件也给出了相应的四种形状约束边缘构件的范围Z 沿墙胶方向的长度)又与抗震等级( 设防烈度) 和剪力墙的墙肢长度h 有关，当约束边缘构件的范嗣仅为文献( 1 ) 、( 2 ) 中的阴影部分时墙肢的最大长度h 见表2 、3 当墙肢的实际长度大t - “ h 剪力墙约束边缘构件应包含非阴影区非阴影区的配箍特征值应满足0 ’= 五图l 、2为某小高层住宅的墙体计算配筋图和墙、柱轴压比、墙边缘构件简图，该jr ：程十四层( 含·5 9 9 ·第十八届全国离屡建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年表2 剪力墙约束边缘构件为暗柱时J l J表3 翦力壤约束边缘构件为T 、L 形时^ 2 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 01 ．( ) ．2 5 h ．1 6 0 01 6 《) ‘)l 舣) 《)1 6 0 c )l6 ( ) 01 8 ( 1 02 ( } 0 01 ．( ) ．2 0 h ．2 0 ‘) ‘)2 0 0 ‘)2 0 0 I J2 0 ( ) o2 0 0 l ( )2 2 5 02 5 0 0地下车库和地下设备层) ，标准层层高3 米， 剪力墙厚2 0 0 m m ，8 度抗震设防，剪力墙抗震等级二级。
4 问题讨论与建议茂．2 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 02 I 】o2 5 0 02 5 ( ) { )2 5 《如2 7 5 03 ( X X l3 2 5 ( )：{ 5 f H )3 ：X ) 03 3 0 0：3 3 0 0：3 6 0 04 0 0 ( )4 ：3 0 ( )4 6 1 X }2 5 02 7 5 02 7 5 03 0 0 03 2 5 0：3 5 0 0：{ 7 剐)3 6 0 03 6 0 04 0 0 04 3 0 0哇6 0 ( )j ( ) ∞3 0 03 0 0 03 2 5 03 5 0 03 7 5 04 0 0 04 0 ( ) 04 3 ∞4 6 0 05 ( 1 ( ) 05 3 《) ( )3 5 03 5 0 I o3 7 醐4 0 0 04 2 5 0 4 ∞O5 0 0 05 3 0 I oS 6 0 04 0 04 0 0 04 2 5 04 5 ( ) o5 3 0 05 6 0 05 6 0 04 5 04 5 0 04 7 5 ( )6 c M l I )6 3 0 ( )5 0 05 0 0 ( )6 0 0 { )注：上行L = o ．2 0h 。
下行， 0 ．2 5 矗图1 第3 屡配筋简圈4 ．1 剪力墙边缘构件有l ：程技术人员曾对剪力墙约柬边缘构件配箍特征值偏大的问题进行了探讨由图1 、2 可知，在墙肢轴压比小于O ．2 5 的情况下，某些墙肢的计算配筋仅为构造配筋或者l O o m 2左右时，而约束边缘构件配筋则为柏、5 0 a n 2 ，甚至更大造成设计时钢筋配置的困难，同时施工时混凝土浇注也困难，这些都是采用J G J - 9 1 规程，设计小高层住宅时不曾有的情况设置剪力墙约束边缘构件可增加墙肢的延性与压弯破坏时受压区混凝土的变形能力，避免墙肢在轴压和弯矩共同作用下受压区混凝±压碎，对轴压比较小的墙肢，在水平地震·6 0 0 ·第十八属全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年图2 第3 屡壤．柱轴压比及墙边缘构件简图作用引起的附加弯矩作用下，要达到同样的延性，受压区混凝土所需的约束程度比轴压比大的墙肢无疑要小，相对计算配筋值大幅度地提高墙肢边缘构件纵向钢筋的数量，将大幅度地提高剪力墙正截面抗弯承载力，而对剪力墙受剪承载力的提高则效果甚微，在罕遇地震作用下，希望设计的结构真正达到强剪弱弯的设计理念，从而提高结构的延性，提离抗震能力，值得怀疑。
我们认为：文献( 2 ) 应仿照文献( 1 ) ，对抗震等级为二级的剪力墙，在重力荷载代表值作用下轴压比小j 于0 3 0 时，仅需设置构造边缘构件，即使设置约束边缘构件，配筋也不宜过大，对4 5 米以下、1 5 层以内小高层住宅不宜与高层住宅相同4 ．2 剪力墙的厚度与抗震等级位予8 度抗震设防地区8 0 米以下的剪力墙结构，文献( 1 ) 、( 2 ) 均将剪力墙的抗震等级定为二级，对于底部加强区的墙厚；文献( 1 ) 规定：一、二级不宜小于2 0 0 m 且不宜小于层高的1 ／1 6 ，文献( 2 ) 则将上述内容中的“不宜”改为“不应”：对于其他部位，文献( 1 ) 规定：一、二级不应小于1 6 0 m 且不应小于层高的1 ／2 0 ，三、四级不应小于1 4 0 r a m 且不应小丁- 屡高的1 ／2 5 文献( 2 ) 规定：不应小于层高1 ／2 0 ，且不应小于1 6 0 m m 两文对墙厚的规定大体上相同，但文献( 2 ) 较文献( 1 ) 对墙厚取值偏厚、偏严在8 度抗震设防地区，我们管遇几个十一、二层的小高层住宅，设计时多次遇到“位移控制”和“周期控制”的闯惩，追究原因，除建筑平面略带弧形外，还有“严格”地遵守文献( 1 ) 、( 2 ) 关于剪力墙墙厚的规定( 甚至有过而无不及) ，混凝土墙数量偏多，墙体偏厚，造成结构总体偏剐，地震作用偏大，位移、周期控制困难。
确定剪力墙最小厚度的目的在于保证其稳定性和施工质量，在满足墙体承压能力，增加稳定性和保证施工质量的前提下，适当减薄剪力墙的厚度，有利于改善结构的抗震性能，增加使用面积，因此8 度抗震设防地区，十五层、4 5 米以下小高层剪力墙结构的墙厚与抗·6 0 l ·第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年震镑级与高7 0 米左右的结构应有区别、有所放松，内墙取1 6 0 m m 厚，外墙取1 6 0 “ - - 1 8 0 m m厚：比较合适4 ．3 墙体的布置及墙体水平钢筋的构造在小高层住宅中应重视用非承重墙替代～些不重要的混凝土墙，这样既可调整混凝十．墙的均匀分布程度，给使用提供灵活性，又减小了混凝土墙的墙肢密度，解决了刚度过剩的问题，从而获。