剪刀牆

剪刀牆（又稱：剪力牆）是用鋼筋混凝土牆板來代替框架結構中的樑柱，能承擔各類荷載引起的內力，並能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土牆板來承受豎向和水平力的結構。

基本介紹

• 中文名：剪刀牆
• 用途：受豎向和水平力
• 原料：鋼筋混凝土
• 布置方式：周邊，均勻對稱，相交

基本定義

剪刀牆，在專業術語上稱為剪力牆。是用鋼筋混凝土牆板來代替框架結構中的樑柱，能承擔各類荷載引起的內力，並能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土牆板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力牆結構。

現澆鋼筋混凝土牆，主要承受水平地震荷載，這樣的水平荷載對牆、柱產生一種水平剪下力，剪力牆結構由縱橫方向的牆體組成抗側向力體系。它的剛度很大，空間整體好，房間內不外露梁、柱楞角，便於室內布置，方便實用。剪力牆結構有較好的抗震性能，其不足之處是結構自重大。預應力剪力牆結構常可以做到大空間住宅布局，剪力牆結構形式是高層住宅採用最為廣泛的一種結構形式。

布置原則

底框架結構中的剪力牆既是承擔豎向荷載的主要構件，更是承擔水平力的主要構件，在地震中起第一道 防線作用，因此在設計時要考慮底部剪力牆承擔100%的水平地震作用，而框架只承擔小部分的地震力作為安全儲備。震害觀測表明，底框磚房在地震時底層將發生變形集中，會出現過大的側移而嚴重破壞甚至倒塌。有鑒於此，新規範在近十幾年各地試驗研究的基礎上，對底框架結構剪力牆的布置做出了更科學的調整。

首先抗震牆間距要滿足最大橫牆間距限制，6、7、8度設防區最大橫牆間距分別為21m、18m、和1 5m。

其次，剪力牆應沿2個主軸方向都有布置，使之形成直角以更好地發揮抗震作用。

另外要克服矯枉過正的偏見，有些設計人員認為既然底框結構底層薄弱就多布置一點剪力牆越強越好，實際上是走向另一個極端。剪力牆的設定應與上部砌體結構相協調，抗震設計的原則 是沿樓層間側移剛度應均勻變化 ，而不允許各層間發生突變。

使用材料

規範中規定6、7度且總層數不超過5層的底框房屋，應允許採用嵌砌於框架之間的砌體抗震牆砌體抗震牆適用於總層數少、柱距較小、平面規整的建築，它造價低，施工方便。但無率是在使用上或抗震上，還是採用混凝土牆好。計算其在相同高度和截面尺寸下的剛底之比，先假設它們同為整體牆（開小洞口），由整體牆截面的等效抗彎剛底公式：

EIeq=EIw/1+9ulw/Awh)

式中，E為剪力牆彈性模量；I為考慮洞口影響後的水平截面慣性矩；U為截面上剪 應力不均勻係數，矩形截面取1.2；Aw為考慮洞口影響後的水平截面折算面積；H為剪力牆計算。

因Iw\AwH僅與牆的幾何尺寸相關，由假設可知混凝土剪力牆與磚剪力牆的上述參數相等過樣它們的剛度比就成為材料彈性模量之比。由《混凝土的結構設計規範》（GB50010-2002）表4.1.5可得，C30混凝土的彈性模量Ec=3×10Mpa.由《砌體結構設計規範》（GB50003-2002）表3.2.1-1得Mu10磚、M10砂漿砌體的抗辰強度f=1.89Mpa。所以同一位置相同幾何條件的混凝土剪力牆與磚剪力牆的剛度之比i=EC/Em=3×10/3024=9.92。經驗算這一結果對於幾何條件相同的小開口牆和連肢牆同樣適用。因此相同條件下C30混凝土牆剛度相當於Mu10磚、M10砂漿磚牆的9.92倍，由此可見採用混凝土牆可大減少底層剪力牆的數量，經筆者總結多個底框工程實例經驗，常規底框結構設計時既符合抗震，又較經濟合理的混凝土剪力牆截面積大約占上層磚混結構同方向牆截面積的5%~10%，而要達到同樣要求所需的磚砌體剪力牆則遠遠大於這個比例，所以採用混凝土牆可使底層開間布置更加靈活，可利用空間更大。由於用量少，總造價也僅比磚砌體剪力體系，使結構遇地震時延性增大，避免了出現脆性破壞的機率。現在新規範已經縮小了6、7度時採用磚剪 力牆範圍，並對底層磚剪力牆的構造做出了專門規定，因此應儘量選用混凝土剪力牆。

布置方式

框剪結構剪力牆布置有8字方針，即“周邊，均勻對稱，相交”底框結構中山牆一般要布置剪力牆，因為只在每個住宅單元樓梯間兩側布置混凝土毅力牆的底框結構是不宜採用的。

相關試驗表明，加大底層空曠房屋兩端平面剛度，對底層框架端部豎向位移進行控制，可有效增加底層槓架的安全儲備，但儘管如此布置也並不全周邊，中間還需要很多剪力牆。因此底框結構8字方針可概括為豎直，均勻，對稱，相效“，所謂豎直就是在布置底層剪力牆時應儘量對應上部上下豎直、中間不間斷的牆體，否則即使底層布置的剪力牆剛度再大，若豎向無對應的上部牆體，不僅傳力途徑不直接，且上下層剛心相距較遠，地震時上部牆體與底層剪力牆間會形成很大扭矩，極易破壞。

另外，布置底層剪力牆時要避開上部牆體洞口，若具體執行時實在難以避開，（例如樓梯間入戶門等），那么應採取在上部洞口兩側增加構造柱等加強措施，以更好地傳遞地震力。對個別剪力牆未能與上層磚牆對應者，應設法加大底層與二層轉換層之間樓板的平面內剛度例如樓板加厚，配筋率增加，雙向雙層配筋等。相交主要是指剪力牆應儘量布置成L形和T形，以使它們相互支撐，增大每片單肢牆的平面外剛度，增強抗扭性。

具體設計時剪力牆的長度、開洞等均需通過計算確定。剪力牆的計算長度確定後、應將實牆面布置在兩端中間用洞口分隔，避免採用一端有剪力牆而另一端為獨立柱的方式。總之混凝土剪力牆具體布置時宜開設洞口形成若干牆段，並保證各牆段高寬比不小於2。

施工順序

底框架結構中底層牆體並不全是剪力牆，也有一部分是用於分割空間的填充牆。一般當為混凝土剪力牆時，其區分非常明確，混凝土剪力牆以外的磚牆均為真充牆體，施工時混凝土剪力牆與框架柱同時澆築，而填充牆應待混凝土與框架柱達到設計強度，甚至主體完工後再施工；但當底層剪力牆採用嵌砌於槓架柱間的磚牆時區分就不明確了，需設計人員出圖說明。剪 力牆和填充牆施工順序不一致，砌體剪力牆必須與其周邊混凝土槓架形成整體，才能充分發揮其抗側力作用。為保證與周邊混凝土框架緊密結合，應先砌牆後澆框架柱，砌牆時要預留馬牙槎，預埋錨拉筋，且框架梁直接坐於牆頂，不需再支底模；而填充牆的施工時間則要晚得多，一般是在主體完工時後砌，牆頂預留二三皮磚，待沉實後再斜磚及砂漿填充。

計算方法

底框結構上下層側向剛度比是有方向性的，一般只計算主軸方向的側向剛度比。對矯形布置的規則結構，其主軸方向即為互相垂直的X和Y向，現在常用的底框計算軟體中國建築科學研究開發PKPM程式底框計算也只給出X向和Y向側向剛度比，這就給兩主軸不下交或L形、T形建築的側向剛度比難處帶來一定的橫牆來計算剛度比，這樣從電腦的計算結果看K0和K90（0°和90°方向的剛度比）滿足要求了，實際上局部單肢的K0°和K90°遠遠不能滿足上述問題表面上是程式本身的問題但實質上是計算模型錯誤。當前一些設計人員只重視上機計算而忽視基礎理論的學習，電腦程式必須建立在正確的計算模型上，這是計算結果正確的技術前提。因此在輸入計算機前必須認真分析結構的特性，首先建立一個模型，並仔細閱讀計算機設計軟體的編制原理、使用說明及技術條件與本工程相後才能正確使用計算機運算，準確辨析計算結果的正誤。L形建築正確的計算機運算，單肢計算時適當考慮另一肢的影響，這樣才能防止兩肢互相干擾從而得出正確的結論，至於雙主軸不下交的建築，在輸機前宜先用手算。

通過以上5個問題的分析，可得出以下結論：（1）首先應滿足規範對剪力牆布置中強制性條文要求，台間距；雙主軸均布等（2）應儘可能採用混凝土剪力牆；（3）布置時遵循“豎直，均勻，對稱，相交“的8個字方針；（4）施工時必須區分剪力牆與填充牆；（5）不規則平面布局的剪力牆電算時應根據具體問題具體分析。

結構要點

整體規定

A級高度乙類、丙類高層建築的剪力牆結構最大適用高度：

全部落地剪力牆——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時，分別為150、140、120、100、60m

部分框支剪力牆——非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為130、120、100、80m，9度抗震時不宜採用

A級高度甲類高層建築的剪力牆結構最大適用高度：

6度、7度、8度抗震時，將本地區設防烈度提高一級後，按乙類、丙類建築採用，9度抗震時，應專門研究 。

B級高度乙類、丙類高層建築的剪力牆結構最大適用高度：

全部落地剪力牆——非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為180、170、150、130m 。

部分框支剪力牆——非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為150、140、120、100m 。

B級高度甲類高層建築的剪力牆結構最大適用高度：

6度、7度抗震時，按本地區設防烈度提高一級後，按乙類、丙類建築採用，8度抗震時，應專門研究。

最大高寬比

A級高度——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時，分別為6、6、6、5、4

B級高度——非抗震、6度、7度、8度抗震時，分別為8、7、7、6

豎向規則檢查側向剛度：

除頂層外，局部收進的水平向尺寸 ≤ 相鄰下一層的25%

樓層承載力：A級高度——抗側力結構的層間受剪承載力 （宜）≥ 相鄰上一層的80%

薄弱層抗側力結構的受剪承載力 （應）≥ 相鄰上一層的65%

B級高度——抗側力結構的層間受剪承載力 （應）≥ 相鄰上一層的75%

豎向連續：豎向抗側力構件（柱、抗震牆、抗震支撐）的內力不得由水平轉換構件（梁等）向下傳遞

水平位移驗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150m的高層建築，按10年一遇的風荷載取值計算的順風向與橫風向結構頂點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：現澆 45m，裝配 65m

2. 可適當放寬最大間距的條件：

① 頂層、底層、山牆和縱牆端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率

② 頂層加強保溫隔熱措施，外牆設定外保溫層

③ 每隔30～40m留出後澆帶，頻寬800～1000mm，鋼筋採用搭接接頭，後澆帶砼兩個月之後澆灌

④ 頂部樓層改用剛度較小的結構形式，或頂部設局部溫度縫，將結構劃分為長度較短的區段

⑤ 採用收縮較小的水泥，減少水泥用量，砼中加入適宜的外加劑

⑥ 提高每層樓板的構造配筋率，或採用部分預應力混凝土

防震縫

1. 最小寬度：按框架結構的50%取用，但不宜小於70mm。框架結構防震縫最小寬度規定為：高度≤15m的部分，70mm；超過15m的部分，6度、7度、8度、9度相應每增加高度5m、4m、3m、2m，縫寬加寬20mm。

2. 縫兩側結構體系不同時，按不利情況確定，縫兩側房屋高度不同時，按較低房屋高度確定。

3. 縫沿房屋全高設定，地下室和基礎可不設，但在與上部防震縫對應處應加強構造和連線。

4. 相鄰結構基礎存在較大沉降差時，宜加寬防震縫

牆體布置

宜雙向布置，尤其是抗震時應避免單向布置

門窗洞口宜上下對齊，成列布置。一、二、三級抗震時，底部加強部位不宜採用錯洞牆，且所有部位不宜採用疊合錯洞牆

牆肢長度不宜超過8m，且牆段總高與牆肢高度之比應大於2。當牆肢較長時宜開設洞口，各牆段間設定弱連梁應避免樓面梁垂直支承在無翼牆的剪力牆的端部。

截面設計

構件截面長邊與短邊之比大於4時，宜按牆的要求進行設計（《砼規》10.5.1）

矩形截面獨立牆肢的長度與厚度之比不宜小於5 ，當其比值小於5時——其在重力荷載代表值作用下的軸壓比限值，當一、二級抗震時，應較正常牆肢的相應值減0.1，三級抗震時為0.6 ，當其比值不大於3時——宜按框架柱進行設計，但縱向鋼筋的最小配筋率不變，且箍筋宜沿全高加密。

截面厚度

一、二級抗震時，底部加強部位 ≥ 其他部位 ≥ （《砼規》11.7.9 / 1）補充：當牆端無端柱或翼牆時，≥ 層高的1/12 。 三、四級抗震時，底部加強部位 ≥

其他部位 ≥ 非抗震時，≥ 當不能滿足上述要求時，應進行牆體的穩定計算（高規附錄D， 剪力牆井筒中，分隔電梯井或管道井的牆肢截面厚度可適當減小，但不宜小於160mm。 截面尺寸還應符合受剪要求 ， 剪力牆的厚度不宜小於樓層高度的1/25（《砼規》10.5.2）

軸壓比限值

一般剪力牆 底部加強部位——三級抗震無規定、二級抗震0.6、一級（7、8度）抗震0.5、一級（9度）抗震0.4

其他部位——無規定

短肢剪力牆 各部位統一規定為三級抗震0.7、二級抗震0.6、一級抗震0.5，一字形牆應各降低0.1

砼強度等級

≥C20，帶筒體和短肢剪力牆的結構≥C25

截面配筋

豎向和水平鋼筋不應單排設定：截面厚度hw ≤ 400 時，可雙排配筋； 400 ≤ 截面厚度hw ≤ 700 時，宜三排配筋； 截面厚度hw ≥ 700 時，宜四排配筋。

短肢剪力牆的全部縱向配筋率——底部加強部位 ≥ 1.2% ；其他部位 ≥ 1.0%。

端部縱筋

牆肢每端的豎向鋼筋不宜少於4φ12或2φ16，該處對應的拉筋直徑不小於6mm（間距250mm）（《砼規》10.5.8）

非抗震設計時，剪力牆端部構造配置不少於4φ12的縱筋，沿縱筋配置不少於直徑6mm、間距250mm的拉筋（《高規》7.2.17/5）————同上條

縱筋搭接長度：≥ laE 和 la（抗震和非抗震）

豎向和水平分布鋼筋

一般剪力牆：

最小配筋率： 一、二、三級抗震時，0.25% ；四級和非抗震設計時，0.20%

間距：≤ 300mm；直徑：≥ 8mm，但 ≤ 牆肢厚度的1/10

以下特殊部位的剪力牆的分布鋼筋應加強，最小配筋率不應小於0.25%，間距不應大於200mm

房屋頂層剪力牆 長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力牆 端開間的縱向剪力牆 端山牆

溫度、收縮應力較大的部位，剪力牆水平和豎向分布鋼筋應適當加強（《砼規》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淨距 ≥ 500mm ，上、下相鄰水平分布筋搭接接頭之間的垂直淨距 ≥ 500mm ，搭接長度：≥ 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，搭接長度：≥ 1.2 laE 和 1.2 la（抗震和非抗震）。

拉筋

間距不應大於600mm，直徑不應小於6mm（一般取為φ6@600）

底部加強部位，約束邊緣構件以外的拉筋間距應適當加密（一般取為φ6@400）

構造邊緣構件陰影區域內拉筋的水平間距不應大於縱向鋼筋間距的2倍（《砼規》11.7.16）

邊緣構件

約束邊緣構件的設定範圍：一、二級抗震的剪力牆底部加強部位及其上一層的牆肢端部

構造邊緣構件的設定範圍：一、二級抗震的剪力牆其他部位的牆肢端部，三、四級和非抗震設計的剪力牆全部部位的牆肢端部 ， 在設定約束邊緣構件的範圍內，若牆肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比小於下述的規定值，可按構造邊緣構件設定（《抗震規範》6.4.6/1）（《砼規》11.7.4）—— 一級抗震（9度）0.1、一級抗震（8度）0.2、二級抗震0.3 。

功能

由於剪力牆內配有鋼筋；和磚造牆相比，可以抵抗地震所形成的水平力。

剪力牆結構抗震能力好於框架結構，框架結構的抗震能力好於磚混結構。