剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的受力特點分析摘要：剪力墻可沿房間分隔墻布置，能與建筑平面較好的配合，而且剪力墻也是分隔墻，無柱子外凸的缺點，對住宅這一部分是恰當(dāng)?shù)?。但對于底部有公共設(shè)施的情況則矛盾較大，除非另設(shè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層將下部改為另一種結(jié)構(gòu)，但這時又出現(xiàn)了要處理結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的問題。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造比柱子復(fù)雜。從受力角度看，剪力墻側(cè)向剛度大，與中部筒體相結(jié)合，可以構(gòu)成整體抗側(cè)力很強的體系，對較高建筑有利。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；水平作用；抗震性能；空間剛度；承重結(jié)構(gòu)；整體性

1引言

高層建筑是社會經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。城市人口集中，用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈化，促進(jìn)了高層建筑的出現(xiàn)和不斷發(fā)展。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，水平荷載是設(shè)計的主要控制因素。分析水平荷載與結(jié)構(gòu)體系的關(guān)系，根據(jù)建筑高度、尺寸和其他條件，選擇經(jīng)濟而有效的結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系，便成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要問題。

2剪力墻結(jié)構(gòu)體系良好的抗震性能

剪力墻結(jié)構(gòu)是指縱橫向主要承重構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件全部為鋼筋混凝土墻的結(jié)構(gòu)，同時墻體又起到內(nèi)部空間分割和外部維護作用。剪力墻高度自基礎(chǔ)至屋頂從幾十米到一百多米不等，厚度一般為200~350mm左右，最小可到160mm，剪力墻結(jié)構(gòu)的墻間距一般在5~8米，施工方便，這些特點很適合在住宅、公寓等類建筑中使用。我國目前高層住宅建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)所占的比例最大。

現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好，抗側(cè)移剛度大，承載力高，在水平力作用下側(cè)移小，經(jīng)過合理設(shè)計，能設(shè)計成抗震性良好的鋼筋混凝土延性剪力墻。由于剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，在水平地震作用下它側(cè)向變形小，且有很好的延性，在歷次震害調(diào)查中，剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的抗震性能。

1977年3月15日，羅馬尼亞布加勒斯特附近發(fā)生7.2級地震，布加勒斯特市區(qū)的烈度為8.5度，共有34棟高層建筑倒塌。震后調(diào)查表明，整個震區(qū)中有一幢11層剪力墻建筑因施工質(zhì)量問題導(dǎo)致傾覆倒塌外，其它大部分剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的主體破壞較輕，高達(dá)20層的剪力墻結(jié)構(gòu)住宅只是產(chǎn)生一些裂縫。

1988年12月7日亞美尼亞斯比達(dá)克市發(fā)生7.0級地震，震中烈度為10度。列寧納坎市距震中30km，烈度9度，80%的建筑物被破壞，其中約100棟裝配框架結(jié)構(gòu)全部倒塌或嚴(yán)重破壞。而該市7棟裝配式大板剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅，除在墻板結(jié)合處出現(xiàn)開裂、滑移外，無一破壞，震害輕微，其抗震性能遠(yuǎn)優(yōu)于框架結(jié)構(gòu)。

1995年1月17日在日本阪神發(fā)生7.2級地震，此次地震的豎向加速度為0.3g，在倒塌和嚴(yán)重受損的多高層建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)約占55%，其中多數(shù)是框架結(jié)構(gòu)。但剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力表現(xiàn)良好，多數(shù)只在窗間墻處發(fā)生x形裂縫，未發(fā)生嚴(yán)重破壞或倒塌。

2008年5月12日，汶川8.0級地震中，高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅沒有發(fā)生嚴(yán)重破壞的實例，典型的破壞情況是：連梁發(fā)生剪切破壞、墻肢出現(xiàn)斜裂縫、邊緣構(gòu)件混凝土壓酥及鋼筋壓屈。剪力墻結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)良好。

3剪力墻力學(xué)性能及分類

3.1剪力墻力學(xué)特點及破壞形式

剪力墻既是結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，又是建筑的外部維護墻和內(nèi)部房間功能分割墻。由于它是截面高度很大而厚度相對很小的”片”狀構(gòu)件，雖然它有承載力和平面內(nèi)剛度大等優(yōu)點，但也具有剪切變形大，平面外剛度小的缺點。在實際工程中，根據(jù)建筑功能的需要，墻體上的開洞情況變化多樣，導(dǎo)致墻體受力復(fù)雜。

固定在基礎(chǔ)上的較高懸臂墻是剪力墻的一種基本形式，該懸臂墻為一靜定結(jié)構(gòu)。墻體在軸向壓力和水平力作用下破壞形式為以下四種：（a）彎曲破壞、(b)彎剪破壞、(c)剪切破壞、(d)滑移破壞。

剪跨比?%d=m/vhw表示計算截面處彎矩與剪力的相對大小，是影響剪力墻破壞形態(tài)的重要因素。試驗顯示?%d≥2時，彎矩對截面的影響較大，破壞形式以彎曲破壞為主，構(gòu)件的延性較好；當(dāng)2>?%d>1時，很難避免出現(xiàn)剪切裂縫，視設(shè)計措施是否合理得當(dāng)而可能彎壞，也可能剪壞，如果按照強剪弱彎的原則進(jìn)行合理設(shè)計，也可能實現(xiàn)延性尚好的彎剪破壞;?%d≤1的剪力墻，一般都出現(xiàn)脆性剪切破壞。

在實際工程中，滑移破壞很少出現(xiàn)，可能出現(xiàn)的位置是施工縫截面處，多由施工質(zhì)量較差引起，是可以避免的。

3.2剪力墻的分類

1、無洞單肢剪力墻

剪力墻的立面上沒有任何洞口。這種墻肢實際是一豎向懸臂構(gòu)件，在水平荷載作用下，墻體彎曲變形符合平面截面假定，墻肢截面的正應(yīng)力為直線分布。其內(nèi)力和變形計算可應(yīng)用材料力學(xué)方法進(jìn)行。

2、整體墻和小開口整體墻

當(dāng)墻體上開洞滿足以下兩個條件：

（1）剪力墻開洞面積不超過墻面面積的15%;

（2）開孔之間的凈距及孔洞至墻邊的凈距大于孔洞長邊尺寸。這時孔洞的影響可以忽略，這種類型的剪力墻實際上仍然是一個懸臂構(gòu)件，其橫截面的變形符合平面假定，正應(yīng)力為直線分布，稱為整體墻。

3、當(dāng)剪力墻上門窗洞口規(guī)則成列布置，開洞總面積超過墻體面積15%，但總的來說洞口還沒有大到破壞剪力墻整體性。墻體截面變形仍符合平截面假定，正應(yīng)力分布基本上保持直線分布形態(tài)，墻肢應(yīng)力中出現(xiàn)由局部彎曲引起的應(yīng)力，但其值不超過整體彎曲應(yīng)力的15%。在墻肢的高度方向上，除頂層墻肢外，其它墻肢沒有反彎點。從整體而言，這種墻力墻仍類似一個豎向懸臂構(gòu)件，這種墻體叫小開口整體剪力墻。

4、聯(lián)肢剪力墻

在住宅或公寓建筑中，基本上每層平面都相同，墻體上有大量規(guī)則排列的洞口，這些洞口將同一軸線上的墻體分割成若干個墻肢，這些墻肢通過連梁或樓板相連。一般情況下，開有較大洞口的剪力墻其截面整體性已經(jīng)破壞，水平荷載作用下正應(yīng)力的分布較直線規(guī)律有較大的差別。由于墻肢的線剛度遠(yuǎn)大于同列兩孔間所形成的連梁的線剛度，每根連梁中部均出現(xiàn)反彎點，連梁呈雙曲率彎曲形態(tài)，而墻肢只在少數(shù)樓層出現(xiàn)反彎點，大部分墻肢呈單曲率彎曲形態(tài)，墻肢變形以彎曲變形為主。

5、框支剪力墻

為滿足住宅底層商業(yè)大空間的需要，常取消底層部分墻體，采用框架結(jié)構(gòu)支承上部剪力墻，稱之為框支剪力墻，底部框架可以是一層，也可以是多層，但必須有一定數(shù)量的剪力墻直接落地。

6、不規(guī)則開洞剪力墻

一般情況下，這是由建筑功能要求決定的，在結(jié)構(gòu)上往往會產(chǎn)生一些不利影響，應(yīng)盡量避免。如不能避免時，應(yīng)采用一些結(jié)構(gòu)措施，以降低不利因素的影響，如開設(shè)一些建筑不需要的洞，使整體墻肢的開洞變的規(guī)則，再用輕質(zhì)砌塊來填充這些建筑不需要的結(jié)構(gòu)洞口，在剪力墻中設(shè)置連續(xù)的暗梁和連緣構(gòu)件，降低不規(guī)則開洞帶來應(yīng)力集中的不利影響。

7、短肢剪力墻

我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，短肢剪力墻是墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻，但這個定義很不明確，短肢剪力墻的界定、受力特點以及結(jié)構(gòu)設(shè)計中需注意的問題。

4結(jié)語

小高層住宅在我國的中小城市房地產(chǎn)開發(fā)中被廣泛采用。在進(jìn)行小高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可用的結(jié)構(gòu)體系很多，常用的結(jié)構(gòu)形式有普通磚混結(jié)構(gòu)、普通剪力墻結(jié)構(gòu)、異形柱剪力墻結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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