剪力墙结构在水平荷载作用下受力特点分析

剪力墙结构在水平荷载作用下的受力特点分析

摘要：剪力墙可沿房间分隔墙布置，能与建筑平面较好的配合，而且剪力墙也是分隔墙，无柱子外凸的缺点，对住宅这一部分是恰当的。但对于底部有公共设施的情况则矛盾较大，除非另设结构转换层将下部改为另一种结构，但这时又出现了要处理结构转换层的问题。此外，剪力墙结构构造比柱子复杂。从受力角度看，剪力墙侧向刚度大，与中部筒体相结合，可以构成整体抗侧力很强的体系，对较高建筑有利。

关键词： 高层建筑；剪力墙结构；水平作用；抗震性能；空间刚度；承重结构；整体性

1引言

高层建筑是社会经济发展和科学技术进步的产物。城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化，促进了高层建筑的出现和不断发展。在高层建筑结构设计中，水平荷载是设计的主要控制因素。分析水平荷载与结构体系的关系，根据建筑高度、尺寸和其他条件，选择经济而有效的结构类型和结构体系，便成为结构设计的首要问题。

2 剪力墙结构体系良好的抗震性能

剪力墙结构是指纵横向主要承重构件和抗侧力构件全部为钢筋混凝土墙的结构，同时墙体又起到内部空间分割和外部维护作用。剪力墙高度自基础至屋顶从几十米到一百多米不等，厚度一般为 200~350mm 左右，最小可到 160mm，剪力墙结构的墙间距一般在 5~8米，施工方便，这些特点很适合在住宅、公寓等类建筑中使用。我国目前高层住宅建筑中，剪力墙结构所占的比例最大。

现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，抗侧移刚度大，承载力高，在水平力作用下侧移小，经过合理设计，能设计成抗震性良好的钢筋混凝土延性剪力墙。由于剪力墙结构抗侧刚度大，在水平地震作用下它侧向变形小，且有很好的延性，在历次震害调查中，剪力墙结构表现出良好的抗震性能。

1977 年 3 月 15 日，罗马尼亚布加勒斯特附近发生 7.2 级地震，布加勒斯特市区的烈度为 8.5 度，共有 34 栋高层建筑倒塌。震后调查表明，整个震区中有一幢 11 层剪力墙建筑因施工质量问题导致倾覆倒塌外，其它大部分剪力墙结构建筑的主体破坏较轻，高达 20层的剪力墙结构住宅只是产生一些裂缝。

1988 年 12 月 7 日亚美尼亚斯比达克市发生 7.0 级地震，震中烈度为 10 度。列宁纳坎市距震中 30km，烈度 9 度，80%的建筑物被破坏，其中约 100 栋装配框架结构全部倒塌或严重破坏。而该市 7 栋装配式大板剪力墙结构的住宅，除在墙板结合处出现开裂、滑移外，无一破坏，震害轻微，其抗震性能远优于框架结构。

1995 年 1 月 17 日在日本阪神发生 7.2 级地震，此次地震的竖向加速度为 0.3g，在倒塌和严重受损的多高层建筑中，钢筋混凝土结构约占 55%，其中多数是框架结构。但剪力墙结构抗震能力表现良好，多数只在窗间墙处发生 x 形裂缝，未发生严重破坏或倒塌。

2008 年 5 月 12 日，汶川 8.0 级地震中，高层剪力墙结构住宅没有发生严重破坏的实例，典型的破坏情况是：连梁发生剪切破坏、墙肢出现斜裂缝、边缘构件混凝土压酥及钢筋压屈。剪力墙结构整体表现良好。

3剪力墙力学性能及分类

3.1剪力墙力学特点及破坏形式

剪力墙既是结构受力构件，又是建筑的外部维护墙和内部房间功能分割墙。由于它是截面高度很大而厚度相对很小的”片”状构件，虽然它有承载力和平面内刚度大等优点，但也具有剪切变形大，平面外刚度小的缺点。在实际工程中，根据建筑功能的需要，墙体上的开洞情况变化多样，导致墙体受力复杂。

固定在基础上的较高悬臂墙是剪力墙的一种基本形式，该悬臂墙为一静定结构。墙体在轴向压力和水平力作用下破坏形式为以下四种：（a）弯曲破坏、(b)弯剪破坏、(c)剪切破坏、(d)滑移破坏。

剪跨比?%d=m/vhw 表示计算截面处弯矩与剪力的相对大小，是影响剪力墙破坏形态的重要因素。试验显示?%d≥2 时，弯矩对截面的影响较大，破坏形式以弯曲破坏为主，构件的延性较好；当 2>?%d>1 时，很难避免出现剪切裂缝，视设计措施是否合理得当而可能弯坏，也可能剪坏，如果按照强剪弱弯的原则进行合理设计，也可能实现延性尚好的弯剪破坏; ?%d≤1 的剪力墙，一般都出现脆性剪切破坏。

在实际工程中，滑移破坏很少出现，可能出现的位置是施工缝截面处，多由施工质量较差引起，是可以避免的。

3.2剪力墙的分类

1、无洞单肢剪力墙

剪力墙的立面上没有任何洞口。这种墙肢实际是一竖向悬臂构件，在水平荷载作用下，墙体弯曲变形符合平面截面假定，墙肢截面的正应力为直线分布。其内力和变形计算可应用材料力学方法进行。

2、整体墙和小开口整体墙

当墙体上开洞满足以下两个条件：

（1）剪力墙开洞面积不超过墙面面积的 15%;

（2）开孔之间的净距及孔洞至墙边的净距大于孔洞长边尺寸。 这时孔洞的影响可以忽略，这种类型的剪力墙实际上仍然是一个悬臂构件，其横截面的变形符合平面假定，正应力为直线分布，称为整体墙。

3、当剪力墙上门窗洞口规则成列布置，开洞总面积超过墙体面积 15%，但总的来说洞口还没有大到破坏剪力墙整体性。墙体截面变形仍符合平截面假定，正应力分布基本上保持直线分布形态，墙肢应力中出现由局部弯曲引起的应力，但其值不超过整体弯曲应力的 15%。在墙肢的高度方向上，除顶层墙肢外，其它墙肢没有反弯点。从整体而言，这种墙力墙仍类似一个竖向悬臂构件，这种墙体叫小开口整体剪力墙。

4、联肢剪力墙

在住宅或公寓建筑中，基本上每层平面都相同，墙体上有大量规则排列的洞口，这些洞口将同一轴线上的墙体分割成若干个墙肢，这些墙肢通过连梁或楼板相连。一般情况下，开有较大洞口的剪力墙其截面整体性已经破坏，水平荷载作用下正应力的分布较直线规律有较大的差别。由于墙肢的线刚度远大于同列两孔间所形成的连梁的线刚度，每根连梁中部均出现反弯点，连梁呈双曲率弯曲形态，而墙肢只在少数楼层出现反弯点，大部分墙肢呈单曲率弯曲形态，墙肢变形以弯曲变形为主。

5、框支剪力墙

为满足住宅底层商业大空间的需要，常取消底层部分墙体，采用框架结构支承上部剪力墙，称之为框支剪力墙，底部框架可以是一层，也可以是多层，但必须有一定数量的剪力墙直接落地。

6、不规则开洞剪力墙

一般情况下，这是由建筑功能要求决定的，在结构上往往会产生一些不利影响，应尽量避免。如不能避免时，应采用一些结构措施，以降低不利因素的影响，如开设一些建筑不需要的洞，使整体墙肢的开洞变的规则，再用轻质砌块来填充这些建筑不需要的结构洞口，在剪力墙中设置连续的暗梁和连缘构件，降低不规则开洞带来应力集中的不利影响。

7、短肢剪力墙

我国《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定，短肢剪力墙是墙肢截面高度与厚度之比为 5~8 的剪力墙，但这个定义很不明确，短肢剪力墙的界定、受力特点以及结构设计中需注意的问题。

4结语

小高层住宅在我国的中小城市房地产开发中被广泛采用。在进行小高层住宅的结构设计时，可用的结构体系很多，常用的结构形式有普通砖混结构、普通剪力墙结构、异形柱剪力墙结构、短肢剪力墙结构、装配式剪力墙结构。

参考文献：

[1] 赵西安.高层建筑结构实用设计方法[m].上海：同济大学出版社，1998

[2] 彭飞，黄东升，程文瀼.短肢剪力墙的研究[m]. 南京：东南大学出版社，2002.

作者简介：田勇，男，回族，宁夏固原人，2006年毕业于北京交通大学土木工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现主要从事给结构设计方面的工作。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/96e61fef26fff705cd170a07.html