1、规范中关于剪力墙墙体稳定性的应用与探讨摘要：剪力墙作为主要的抗侧力构件，在高层建筑结构中的应用十分普遍。在实际工程中，常常需要按高规附录 D 验算剪力墙墙肢的稳定性。文章以规范提出的方法，对剪力墙的稳定性计算方法及应用进行探讨。 关键词：高层建筑；抗侧力构件；剪力墙；稳定性 中图分类号: TU973+.16 文献标识码：A 剪力墙具有较大的刚度，在结构中往往承受水平力的大部分，成为一种有效的抗侧力结构。在地震设防地区，设置剪力墙可以改善结构的抗震性能。在实际工程中，对于设置剪力墙的高层建筑，剪力墙不仅作为水平力抗侧构件，同时也是竖向受力构件。在对剪力墙设计的过程中，往往会遇到错层或越层剪力墙，
2、又或者塔楼周边剪力墙存在楼梯间等PKPM 不能按实际层高设计的情况，通常都需要手动对剪力墙的稳定性进行验算。 高规附录 D 提供了具体的公式对剪力墙的稳定性进行验算： D.0.1 剪力墙墙肢应满足下式的稳定要求： （D.0.1） 式中：q作用于墙顶组合的等效竖向均布荷载设计值； Ec剪力墙混凝土的弹性模量； t 剪力墙墙肢截面厚度； l0剪力墙墙肢计算长度，应按本附录第 D.0.2 条确定。 D.0.2 剪力墙墙肢计算长度应按下式采用： l0=h（D.0.2） 式中：墙肢计算长度系数，应按本附录第 D.0.3 条确定； h墙肢所在楼层的层高。 由公式 D.0.1 可知，影响剪力墙墙体稳定性的因
3、素包括： 1）.剪力墙墙顶荷载；剪力墙平面外稳定性与该层墙体顶部所受的轴向压力的大小密切相关。竖向荷载越大，墙肢越容易失稳。 2）.混凝土弹性模量；即与剪力墙混凝土强度等级的选取有关。混凝土强度等级越高，混凝土的弹性模量越大。 3）.剪力墙截面的厚度；为保证剪力墙平面外的刚度和稳定性， 高规7.2.1 条强调剪力墙的截面厚度应满足剪力墙截面的最小厚度规定。墙体截面越大，剪力墙平面外稳定性越好。 4）.剪力墙的计算长度；即与剪力墙的截面形式以及所在楼层的层高有关。层高越高，剪力墙越容易失稳。 在实际高层建筑的设计当中，楼面荷载基本变化不大，通常情况下，剪力墙墙顶所受轴向压力很难减少；而且在整栋建
4、筑当中，有可能只存在局部的几片剪力墙发生失稳的情况，由于出于经济方面因素的考虑，不可能把建筑整层的剪力墙混凝土强度等级提高。因此，在设计的过程中，提高剪力墙的稳定性主要从增加剪力墙截面厚度，以及改变剪力墙的计算长度入手。 规范中对剪力墙稳定性验算主要是验算剪力墙墙肢的局部失稳以及整体失稳。 对于墙肢的局部失稳验算， 高规附录 D 中 D.0.3 条按剪力墙墙肢的支承条件，规定墙肢计算长度系数 的取值。 D.0.3 墙肢计算长度系数 应根据墙肢的支承条件按下列公式计算：1.单片独立墙肢按两边支承板计算，取 等于 1.0。 2.T 形、L 形、槽形和工字形剪力墙的翼缘（图 D）采用三边支承板按式（
5、D.0.3-1）计算；当 计算值小于 0.25 时，取 0.25。 （D.0.3-1） 式中：bfT 形、L 形、槽形和工字形剪力墙的单侧翼缘截面高度，取图中 D 中各 bfi 的较大值或最大值。 3.T 形剪力墙的腹板（图 1）也按三边支承板计算，但应将公式（D.0.3-1）中的 bf 代以 bw。 4.槽形和工字形剪力墙的腹板（图 1） ，采用按四边支承板按式（D.0.3-2）计算；当 计算值小于 0.2 时，取 0.2。 （D.0.3-2） 式中：bw槽形、工字形剪力墙的腹板截面高度。 图（1）剪力墙腹板与单侧翼缘截面高度示意 通过高规中关于墙肢计算长度系数 的取值的对比，按 D.0.1
6、公式计算，在同等条件的情况下，对于三边支承板（T 形、L 形、槽形和工字形剪力墙的翼缘或者 T 形剪力墙的腹板） ，由于考虑腹板对翼墙或者翼墙对腹板墙肢的稳定作用，三边支承的翼墙（腹板）的稳定性要好于两边支承（上、下楼板支承，如一字型墙肢以及翼墙为 T 型、L 型、槽型、工字型等高规7.2.15 条备注第二点中视为无效翼墙的剪力墙）的墙肢。而采用四边支承板（槽形和工字形剪力墙的腹板） ，由于腹板两端均有有效翼缘墙肢以及上、下楼层楼板的约束，四边支承腹板的稳定性优于三边支承板。 当剪力墙的截面高度或宽度较小且层高较大时，其整体失稳可能先于各墙肢局部失稳。当属于高规7.2.15 条备注第二点中视为
7、无效翼墙的情况时，除验算剪力墙墙肢的局部稳定性外，还应按附录 D 中 D.0.4条规定验算无效翼墙情况下剪力墙的整体稳定。 D.0.4 当 T 形、L 形、槽形和工字形剪力墙的翼缘截面高度小于截面厚度的 2 倍和 800mm，或当 T 形、L 形剪力墙的腹板截面高度与翼缘截面厚度之和小于腹板截面厚度的 2 倍和 800mm 时，尚宜按下式验算剪力墙的整体稳定： （D.0.4） 式中：N作用于墙顶组合的竖向荷载设计值； I剪力墙整体截面的惯性矩，取两个方向的较小值。 根据公式 D.0.4，对于有无效翼墙的剪力墙（如图 2） ，当混凝土等级以及层高均相同的情况下，剪力墙的整体截面惯性矩越大，墙体整
8、体稳定性越好。 图（2）所示剪力墙截面形式的截面惯性矩最小值结果如下表： 表 1 剪力墙惯性矩最小值 图（2） 通过表 1 的可以看出，与一字型剪力墙肢进行对比，尽管 T 型、L 型、槽型、工字型墙体均存在无效翼墙（剪力墙的翼墙长度小于翼墙厚度的3 倍） ，但是在没有考虑到翼墙分摊部分轴向力作用的情况之下，有翼墙剪力墙截面惯性矩最小值均比一字型剪力墙截面惯性矩最小值都要大，无效翼墙对墙体的整体稳定性的影响是存在的。有翼墙存在的情况下，剪力墙的整体稳定性会提高。 在现行的规范当中，尽管并没有明确说明带端柱剪力墙（如图 3）稳定性计算的问题，但是还是可以按照剪力墙的支承条件，利用高规附录 D 所提
9、供的公式进行剪力墙稳定性的验算。当 hc2tw,bc2tw 时，端柱视为有效端柱，可认为端柱对剪力墙起到一定的支承作用，剪力墙墙肢属于三边支承板，墙肢计算长度系数 可按附录 D 中 D.0.3 条第三点取值。当 hc2tw,bc2tw，端柱视为无效端柱，剪力墙可按公式D.0.4，计算带端柱剪力墙整体截面惯性矩（取两个方向最小值） ，验算剪力墙的整体稳定性。 图（3） 在墙肢平面外设置确保墙肢稳定的约束构件对提高墙肢的承载力及确保墙肢稳定性作用明显。试验表明：有平面外约束的剪力墙与平面外无约束的矩形剪力墙相比，不仅墙体的稳定性明显改善，承载力也会提高。 因此，在实际的设计过程中，出于对建筑室内美观、实用性以及经济性的要求，在墙体轴向力不是很大的情况下，可以在不允许增加剪力墙墙肢厚度的地方，适当的增加剪力墙翼墙墙肢。又或者当不允许增加剪力墙翼墙墙肢的情况下，增加剪力墙截面厚度以提高剪力墙的稳定性。参考文献： 1徐培福、黄小坤.高层建筑混凝土结构技术规程理解与应用.北京：中国建筑工业出版社，2003. 2朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析 JGJ3-2010.北京：中国建筑工业出版社，2012. 3傅学怡.实用高层建筑结构设计.北京：中国建筑工业出版社，2010. 4高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010.北京：中国建筑工业出版社，2010.
