剪刀墻布置原則

底框架結(jié)構(gòu)中的剪力墻既是承擔(dān)豎向荷載的主要構(gòu)件，更是承擔(dān)水平力的主要構(gòu)件，在地震中起第一道 防線作用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮底部剪力墻承擔(dān)100%的水平地震作用，而框架只承擔(dān)小部分的地震力作為安全儲(chǔ)備。震害觀測(cè)表明，底框磚房在地震時(shí)底層將發(fā)生變形集中，會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的側(cè)移而嚴(yán)重破壞甚至倒塌。有鑒于此，新規(guī)范在近十幾年各地試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)底框架結(jié)構(gòu)剪力墻的布置做出了更科學(xué)的調(diào)整。

首先抗震墻間距要滿足最大橫墻間距限制，6、7、8度設(shè)防區(qū)最大橫墻間距分別為21m、18m、和1 5m。

其次，剪力墻應(yīng)沿2個(gè)主軸方向都有布置，使之形成直角以更好地發(fā)揮抗震作用。

另外要克服矯枉過(guò)正的偏見(jiàn)，有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為既然底框結(jié)構(gòu)底層薄弱就多布置一點(diǎn)剪力墻越強(qiáng)越好，實(shí)際上是走向另一個(gè)極端。剪力墻的設(shè)置應(yīng)與上部砌體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，抗震設(shè)計(jì)的原則 是沿樓層間側(cè)移剛度應(yīng)均勻變化 ，而不允許各層間發(fā)生突變。

剪刀墻，在專業(yè)術(shù)語(yǔ)上稱為剪力墻。是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻，主要承受水平地震荷載，這樣的水平荷載對(duì)墻、柱產(chǎn)生一種水平剪切力，剪力墻結(jié)構(gòu)由縱橫方向的墻體組成抗側(cè)向力體系。它的剛度很大，空間整體好，房間內(nèi)不外露梁、柱楞角，便于室內(nèi)布置，方便實(shí)用。剪力墻結(jié)構(gòu)有較好的抗震性能，其不足之處是結(jié)構(gòu)自重大。預(yù)應(yīng)力剪力墻結(jié)構(gòu)常可以做到大空間住宅布局，剪力墻結(jié)構(gòu)形式是高層住宅采用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。

規(guī)范中規(guī)定6、7度且總層數(shù)不超過(guò)5層的底框房屋，應(yīng)允許采用嵌砌于框架之間的砌體抗震墻砌體抗震墻適用于總層數(shù)少、柱距較小、平面規(guī)整的建筑，它造價(jià)低，施工方便。但無(wú)率是在使用上或抗震上，還是采用混凝土墻好。計(jì)算其在相同高度和截面尺寸下的剛底之比，先假設(shè)它們同為整體墻(開(kāi)小洞口)，由整體墻截面的等效抗彎剛底公式:

EIeq=EIw/1+9ulw/Awh)

式中，E為剪力墻彈性模量;I為考慮洞口影響后的水平截面慣性矩;U為截面上剪 應(yīng)力不均勻系數(shù)，矩形截面取1.2;Aw為考慮洞口影響后的水平截面折算面積;H為剪力墻計(jì)算。

因Iw\AwH僅與墻的幾何尺寸相關(guān)，由假設(shè)可知混凝土剪力墻與磚剪力墻的上述參數(shù)相等過(guò)樣它們的剛度比就成為材料彈性模量之比。由《混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)表4.1.5可得，C30混凝土的彈性模量Ec=3×10Mpa.由《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2002)表3.2.1-1得Mu10磚、M10砂漿砌體的抗辰強(qiáng)度f(wàn)=1.89Mpa。所以同一位置相同幾何條件的混凝土剪力墻與磚剪力墻的剛度之比i=EC/Em=3×10/3024=9.92。經(jīng)驗(yàn)算這一結(jié)果對(duì)于幾何條件相同的小開(kāi)口墻和連肢墻同樣適用。因此相同條件下C30混凝土墻剛度相當(dāng)于Mu10磚、M10砂漿磚墻的9.92倍，由此可見(jiàn)采用混凝土墻可大減少底層剪力墻的數(shù)量，經(jīng)筆者總結(jié)多個(gè)底框工程實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)既符合抗震，又較經(jīng)濟(jì)合理的混凝土剪力墻截面積大約占上層磚混結(jié)構(gòu)同方向墻截面積的5%~10%，而要達(dá)到同樣要求所需的磚砌體剪力墻則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)比例，所以采用混凝土墻可使底層開(kāi)間布置更加靈活，可利用空間更大。由于用量少，總造價(jià)也僅比磚砌體剪力體系，使結(jié)構(gòu)遇地震時(shí)延性增大，避免了出現(xiàn)脆性破壞的概率?，F(xiàn)在新規(guī)范已經(jīng)縮小了6、7度時(shí)采用磚剪 力墻范圍，并對(duì)底層磚剪力墻的構(gòu)造做出了專門規(guī)定，因此應(yīng)盡量選用混凝土剪力墻。

框剪結(jié)構(gòu)剪力墻布置有8字方針，即"周邊，均勻?qū)ΨQ，相交"底框結(jié)構(gòu)中山墻一般要布置剪力墻，因?yàn)橹辉诿總€(gè)住宅單元樓梯間兩側(cè)布置混凝土毅力墻的底框結(jié)構(gòu)是不宜采用的。

相關(guān)試驗(yàn)表明，加大底層空曠房屋兩端平面剛度，對(duì)底層框架端部豎向位移進(jìn)行控制，可有效增加底層杠架的安全儲(chǔ)備，但盡管如此布置也并不全周邊，中間還需要很多剪力墻。因此底框結(jié)構(gòu)8字方針可概括為豎直，均勻，對(duì)稱，相效"，所謂豎直就是在布置底層剪力墻時(shí)應(yīng)盡量對(duì)應(yīng)上部上下豎直、中間不間斷的墻體，否則即使底層布置的剪力墻剛度再大，若豎向無(wú)對(duì)應(yīng)的上部墻體，不僅傳力途徑不直接，且上下層剛心相距較遠(yuǎn)，地震時(shí)上部墻體與底層剪力墻間會(huì)形成很大扭矩，極易破壞。

另外，布置底層剪力墻時(shí)要避開(kāi)上部墻體洞口，若具體執(zhí)行時(shí)實(shí)在難以避開(kāi)，(例如樓梯間入戶門等)，那么應(yīng)采取在上部洞口兩側(cè)增加構(gòu)造柱等加強(qiáng)措施，以更好地傳遞地震力。對(duì)個(gè)別剪力墻未能與上層磚墻對(duì)應(yīng)者，應(yīng)設(shè)法加大底層與二層轉(zhuǎn)換層之間樓板的平面內(nèi)剛度例如樓板加厚，配筋率增加，雙向雙層配筋等。相交主要是指剪力墻應(yīng)盡量布置成L形和T形，以使它們相互支撐，增大每片單肢墻的平面外剛度，增強(qiáng)抗扭性。

具體設(shè)計(jì)時(shí)剪力墻的長(zhǎng)度、開(kāi)洞等均需通過(guò)計(jì)算確定。剪力墻的計(jì)算長(zhǎng)度確定后、應(yīng)將實(shí)墻面布置在兩端中間用洞口分隔，避免采用一端有剪力墻而另一端為獨(dú)立柱的方式?？傊炷良袅唧w布置時(shí)宜開(kāi)設(shè)洞口形成若干墻段，并保證各墻段高寬比不小于2。

底框架結(jié)構(gòu)中底層墻體并不全是剪力墻，也有一部分是用于分割空間的填充墻。一般當(dāng)為混凝土剪力墻時(shí)，其區(qū)分非常明確，混凝土剪力墻以外的磚墻均為真充墻體，施工時(shí)混凝土剪力墻與框架柱同時(shí)澆筑，而填充墻應(yīng)待混凝土與框架柱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，甚至主體完工后再施工;但當(dāng)?shù)讓蛹袅Σ捎们镀鲇诟芗苤g的磚墻時(shí)區(qū)分就不明確了，需設(shè)計(jì)人員出圖說(shuō)明。剪 力墻和填充墻施工順序不一致，砌體剪力墻必須與其周邊混凝土杠架形成整體，才能充分發(fā)揮其抗側(cè)力作用。為保證與周邊混凝土框架緊密結(jié)合，應(yīng)先砌墻后澆框架柱，砌墻時(shí)要預(yù)留馬牙槎，預(yù)埋錨拉筋，且框架梁直接坐于墻頂，不需再支底模;而填充墻的施工時(shí)間則要晚得多，一般是在主體完工時(shí)后砌，墻頂預(yù)留二三皮磚，待沉實(shí)后再斜磚及砂漿填充。

底框結(jié)構(gòu)上下層側(cè)向剛度比是有方向性的，一般只計(jì)算主軸方向的側(cè)向剛度比。對(duì)矯形布置的規(guī)則結(jié)構(gòu)，其主軸方向即為互相垂直的X和Y向，現(xiàn)在常用的底框計(jì)算軟件中國(guó)建筑科學(xué)研究開(kāi)發(fā)PKPM程序底框計(jì)算也只給出X向和Y向側(cè)向剛度比，這就給兩主軸不下交或L形、T形建筑的側(cè)向剛度比難處帶來(lái)一定的橫墻來(lái)計(jì)算剛度比，這樣從電腦的計(jì)算結(jié)果看K0和K90(0°和90°方向的剛度比)滿足要求了，實(shí)際上局部單肢的K0°和K90°遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足上述問(wèn)題表面上是程序本身的問(wèn)題但實(shí)質(zhì)上是計(jì)算模型錯(cuò)誤。當(dāng)前一些設(shè)計(jì)人員只重視上機(jī)計(jì)算而忽視基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，電腦程序必須建立在正確的計(jì)算模型上，這是計(jì)算結(jié)果正確的技術(shù)前提。因此在輸入計(jì)算機(jī)前必須認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)的特性，首先建立一個(gè)模型，并仔細(xì)閱讀計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的編制原理、使用說(shuō)明及技術(shù)條件與本工程相后才能正確使用計(jì)算機(jī)運(yùn)算，準(zhǔn)確辨析計(jì)算結(jié)果的正誤。L形建筑正確的計(jì)算機(jī)運(yùn)算，單肢計(jì)算時(shí)適當(dāng)考慮另一肢的影響，這樣才能防止兩肢互相干擾從而得出正確的結(jié)論，至于雙主軸不下交的建筑，在輸機(jī)前宜先用手算。

通過(guò)以上5個(gè)問(wèn)題的分析，可得出以下結(jié)論:(1)首先應(yīng)滿足規(guī)范對(duì)剪力墻布置中強(qiáng)制性條文要求，臺(tái)間距;雙主軸均布等(2)應(yīng)盡可能采用混凝土剪力墻;(3)布置時(shí)遵循"豎直，均勻，對(duì)稱，相交"的8個(gè)字方針;(4)施工時(shí)必須區(qū)分剪力墻與填充墻;(5)不規(guī)則平面布局的剪力墻電算時(shí)應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題具體分析。

A級(jí)高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:

全部落地剪力墻--非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時(shí)，分別為150、140、120、100、60m

部分框支剪力墻--非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí)，分別為130、120、100、80m，9度抗震時(shí)不宜采用

A級(jí)高度甲類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:

6度、7度、8度抗震時(shí)，將本地區(qū)設(shè)防烈度提高一級(jí)后，按乙類、丙類建筑采用，9度抗震時(shí)，應(yīng)專門研究 。

B級(jí)高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:

全部落地剪力墻--非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí)，分別為180、170、150、130m 。

部分框支剪力墻--非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí)，分別為150、140、120、100m 。

B級(jí)高度甲類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:

6度、7度抗震時(shí)，按本地區(qū)設(shè)防烈度提高一級(jí)后，按乙類、丙類建筑采用，8度抗震時(shí)，應(yīng)專門研究。

A級(jí)高度--非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時(shí)，分別為6、6、6、5、4

B級(jí)高度--非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí)，分別為8、7、7、6

豎向規(guī)則檢查側(cè)向剛度:

除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸 ≤ 相鄰下一層的25%

樓層承載力:A級(jí)高度--抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力 (宜)≥ 相鄰上一層的80%

薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力 (應(yīng))≥ 相鄰上一層的65%

B級(jí)高度--抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力 (應(yīng))≥ 相鄰上一層的75%

豎向連續(xù):豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力不得由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁等)向下傳遞

水平位移驗(yàn)算多遇地震作用下的最大層間位移角 ≤ 罕遇地震作用下的薄弱層層間彈塑性位移角 ≤ 1/120

舒適度要求

高度超過(guò)150m的高層建筑，按10年一遇的風(fēng)荷載取值計(jì)算的順風(fēng)向與橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的最大加速度限值為:住宅、公寓 0.15 m/s2，辦公、旅館 0.25 m/s2

伸縮縫

1. 最大間距:現(xiàn)澆 45m，裝配 65m

2. 可適當(dāng)放寬最大間距的條件:

① 頂層、底層、山墻和縱墻端開(kāi)間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率

② 頂層加強(qiáng)保溫隔熱措施，外墻設(shè)置外保溫層

③ 每隔30~40m留出后澆帶，帶寬800~1000mm，鋼筋采用搭接接頭，后澆帶砼兩個(gè)月之后澆灌

④ 頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式，或頂部設(shè)局部溫度縫，將結(jié)構(gòu)劃分為長(zhǎng)度較短的區(qū)段

⑤ 采用收縮較小的水泥，減少水泥用量，砼中加入適宜的外加劑

⑥ 提高每層樓板的構(gòu)造配筋率，或采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土

防震縫

1. 最小寬度:按框架結(jié)構(gòu)的50%取用，但不宜小于70mm?？蚣芙Y(jié)構(gòu)防震縫最小寬度規(guī)定為:高度≤15m的部分，70mm;超過(guò)15m的部分，6度、7度、8度、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m，縫寬加寬20mm。

2. 縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí)，按不利情況確定，縫兩側(cè)房屋高度不同時(shí)，按較低房屋高度確定。

3. 縫沿房屋全高設(shè)置，地下室和基礎(chǔ)可不設(shè)，但在與上部防震縫對(duì)應(yīng)處應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造和連接。

4. 相鄰結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)存在較大沉降差時(shí)，宜加寬防震縫

宜雙向布置，尤其是抗震時(shí)應(yīng)避免單向布置

門窗洞口宜上下對(duì)齊，成列布置。一、二、三級(jí)抗震時(shí)，底部加強(qiáng)部位不宜采用錯(cuò)洞墻，且所有部位不宜采用疊合錯(cuò)洞墻

墻肢長(zhǎng)度不宜超過(guò)8m，且墻段總高與墻肢高度之比應(yīng)大于2。當(dāng)墻肢較長(zhǎng)時(shí)宜開(kāi)設(shè)洞口，各墻段間設(shè)置弱連梁應(yīng)避免樓面梁垂直支承在無(wú)翼墻的剪力墻的端部。

構(gòu)件截面長(zhǎng)邊與短邊之比大于4時(shí)，宜按墻的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)(《砼規(guī)》10.5.1)

矩形截面獨(dú)立墻肢的長(zhǎng)度與厚度之比不宜小于5 ，當(dāng)其比值小于5時(shí)--其在重力荷載代表值作用下的軸壓比限值，當(dāng)一、二級(jí)抗震時(shí)，應(yīng)較正常墻肢的相應(yīng)值減0.1，三級(jí)抗震時(shí)為0.6 ，當(dāng)其比值不大于3時(shí)--宜按框架柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，但縱向鋼筋的最小配筋率不變，且箍筋宜沿全高加密。

一、二級(jí)抗震時(shí)，底部加強(qiáng)部位 ≥ 其他部位 ≥ (《砼規(guī)》11.7.9 / 1)補(bǔ)充:當(dāng)墻端無(wú)端柱或翼墻時(shí)，≥ 層高的1/12 。 三、四級(jí)抗震時(shí)，底部加強(qiáng)部位 ≥

其他部位 ≥ 非抗震時(shí)，≥ 當(dāng)不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行墻體的穩(wěn)定計(jì)算(高規(guī)附錄D， 剪力墻井筒中，分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度可適當(dāng)減小，但不宜小于160mm。 截面尺寸還應(yīng)符合受剪要求 ， 剪力墻的厚度不宜小于樓層高度的1/25(《砼規(guī)》10.5.2)

一般剪力墻 底部加強(qiáng)部位--三級(jí)抗震無(wú)規(guī)定、二級(jí)抗震0.6、一級(jí)(7、8度)抗震0.5、一級(jí)(9度)抗震0.4

其他部位--無(wú)規(guī)定

短肢剪力墻 各部位統(tǒng)一規(guī)定為三級(jí)抗震0.7、二級(jí)抗震0.6、一級(jí)抗震0.5，一字形墻應(yīng)各降低0.1

≥C20，帶筒體和短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)≥C25

豎向和水平鋼筋不應(yīng)單排設(shè)置:截面厚度hw ≤ 400 時(shí)，可雙排配筋; 400 ≤ 截面厚度hw ≤ 700 時(shí)，宜三排配筋; 截面厚度hw ≥ 700 時(shí)，宜四排配筋。

短肢剪力墻的全部縱向配筋率--底部加強(qiáng)部位 ≥ 1.2% ;其他部位 ≥ 1.0%。

墻肢每端的豎向鋼筋不宜少于4φ12或2φ16，該處對(duì)應(yīng)的拉筋直徑不小于6mm(間距250mm)(《砼規(guī)》10.5.8)

非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻端部構(gòu)造配置不少于4φ12的縱筋，沿縱筋配置不少于直徑6mm、間距250mm的拉筋(《高規(guī)》7.2.17/5)----同上條

縱筋搭接長(zhǎng)度:≥ laE 和 la(抗震和非抗震)

一般剪力墻:

最小配筋率: 一、二、三級(jí)抗震時(shí)，0.25% ;四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，0.20%

間距:≤ 300mm;直徑:≥ 8mm，但 ≤ 墻肢厚度的1/10

以下特殊部位的剪力墻的分布鋼筋應(yīng)加強(qiáng)，最小配筋率不應(yīng)小于0.25%，間距不應(yīng)大于200mm

房屋頂層剪力墻 長(zhǎng)矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻 端開(kāi)間的縱向剪力墻 端山墻

溫度、收縮應(yīng)力較大的部位，剪力墻水平和豎向分布鋼筋應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)(《砼規(guī)》10.5.9)

水平分布鋼筋搭接

搭接接頭間距:同排水平分布筋搭接接頭之間的水平凈距 ≥ 500mm ，上、下相鄰水平分布筋搭接接頭之間的垂直凈距 ≥ 500mm ，搭接長(zhǎng)度:≥ 1.2 laE 和 1.2 la(抗震和非抗震)。 豎向分布鋼筋搭接，搭接接頭間距:可在同一高度搭接，搭接長(zhǎng)度:≥ 1.2 laE 和 1.2 la(抗震和非抗震)。

間距不應(yīng)大于600mm，直徑不應(yīng)小于6mm(一般取為φ6@600)

底部加強(qiáng)部位，約束邊緣構(gòu)件以外的拉筋間距應(yīng)適當(dāng)加密(一般取為φ6@400)

構(gòu)造邊緣構(gòu)件陰影區(qū)域內(nèi)拉筋的水平間距不應(yīng)大于縱向鋼筋間距的2倍(《砼規(guī)》11.7.16)

約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍:一、二級(jí)抗震的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部

構(gòu)造邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍:一、二級(jí)抗震的剪力墻其他部位的墻肢端部，三、四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)的剪力墻全部部位的墻肢端部 ， 在設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的范圍內(nèi)，若墻肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比小于下述的規(guī)定值，可按構(gòu)造邊緣構(gòu)件設(shè)置(《抗震規(guī)范》6.4.6/1)(《砼規(guī)》11.7.4)-- 一級(jí)抗震(9度)0.1、一級(jí)抗震(8度)0.2、二級(jí)抗震0.3 。

由于剪力墻內(nèi)配有鋼筋;和磚造墻相比，可以抵抗地震所形成的水平力。

剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力好于框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的抗震能力好于磚混結(jié)構(gòu)。