探讨建筑剪力墙结构设计

陈建文

摘 要：随着我国社会经济的发展，人民的生活水平不断提高，人们对于住房的需求也越来越多，在土地资源有限的情况下，应用于高层建筑中的剪力墙技术也应运而生了。本文对剪力墙结构设计进行了简要介绍，阐述了剪力墙结构设计的优化方法，提出了提高剪力墙结构施工质量的建议。

关键词：建筑；剪力墙；结构设计；应用

中图分类号：TB482文献标识码： A

引言

对于不同的建筑结构中剪力墙的应用有着不同的结构设计方法，这就要求建筑设计人员能够根据使用要求和实际情况来进行剪力墙的优化设计，从而保证剪力墙布置的合理性和适用性。

一、剪力墙结构特点分析

现浇钢筋混凝土剪力墙结构，除了承受楼板传来的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用。剪力墙结构的侧向刚度大，在水平力作用下的侧移较小，承载力较大，且整体性较好。通过合理的设计，可以将剪力墙优化成抗震性能良好的延性剪力墙。优化合理的剪力墙结构承载力大，侧向变形小，且有一定延性，在多次大地震中，剪力墙结构破坏较小，相对于其他结构形式，表现出很好的抗震性能。但剪力墙的最大间距受到限制，平面布置不够灵活，建筑空间受到一定影响，因此一些需要大空间的建筑使用剪力墙结构就受到了一定的限制。对于上部为住宅，底部几层为商场的高层建筑，对影响建筑使用空间的剪力墙，可以采用框支梁、框支柱来进行转换，扩大使用空间。

二、剪力墙结构的设计原则

1、建筑物楼层之间进行调整最小剪力系数的原则

为了降低建筑结构自身的重量，增加建筑承受地震的能力，在结构设计的过程中，应该尽可能少的布置剪力墙，这就需要结构底部剪力墙承受的根据第一振 型计算的地震倾覆力矩不能超过剪力墙结构承受总的底部地震倾覆力矩的40%，这时，可以通过将剪力墙墙体进行大开间的处理，以使剪力墙结构能够拥有很强的倾向刚度。这样就可以保证建筑物楼层之间的最小剪力系数大于规定要求中的数值，从而达到降低建筑工程资金成本投入的目的。

2、调整建筑物楼层与楼层之间最大位移和楼层商之闻的比例

普通建筑设计的重点在于楼层与楼层之间存在的扭转变形和剪切变形的处理。而在处理建筑物的剪切变形的过程中，又是以塑向构件的数量来进行控制的，但是塑向构件的数量一旦控制不好偏多的话，就会导致剪力墙的剪重比例偏大，从而造成剪力墙的设计不合理、不科学，使得楼层之间的扭转变形也会相应的变大，但是这还是不能满足建筑物楼层之间发生位移的需要。因此在建筑物剪力墙的设计中，要尽可能的减少楼层之间的扭转变形，建筑物楼层之间的位移也不能只是依靠塑向构件的刚度变化来进行调整。

3、调整剪力墙连粱超限的原则

在剪力墙结构设计中，一般将剪力墙连梁的跨高比控制在2.5以下，此时连梁受力以剪力为主，弯矩不起决定性作用，在承受地震等侧向作用时，连梁作为第一道防线，可适当开裂，来协调相邻墙肢的变形，使相邻墙肢协同作用。对于跨高比超过5的剪力墙连梁，应按框架粱的要求来进行设计，保证连梁在承受较大弯矩时的承载力和变形性能，以承受正常使用时的竖向荷载。因此，在剪力墙结构的设计过程中，通过调整剪力墙连粱的工作状态，可以实现对建筑工程资金成本投入有效控制的目的，最大限度地节省建筑工程的资金成本。

三、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

1、剪力墙中对大墙肢的处理

在承受水平荷载的过程中，剪力墙结构需要具有一定的延性，在进行结构设计时，必须将这种延展的特点考虑进去，提高剪力墙结构的整体性及各墙肢协同工作的协调性。设计的过程中，剪力墙一般应用与高层结构，单片墙总高度较高，容易形成剪切破坏的形态，发生脆性破坏的问题。在设计的过程中，如果单片剪力墙墙体长度比较大，在满足竖向承载力的要求以后，实行间隔设计，将其进行分割，形成长度较小、均匀布置的多片墙肢，有利于增加墙体结构总的水平承载力。如果墙段的长度比较小，它在受弯以后出现比较小的裂缝宽度，墙体配筋能够更好的发挥作用。如果墙肢长度大于8m，处理方法如下：第一，设置施工洞，在施工的过程中，需要在墙上留洞，在完工以后，将墙填充，长墙肢就可以变成短墙肢。第二，设置计算洞，在计算结构时，设置洞，施工中仍采用混凝土，但与墙体分开浇筑。应用以上的计算方法，小墙肢抗侧力性能会得到提高。

2、结构计算

进行设计剪力墙结构设计中，应该根据设计需求进行设计，使得设计更加合理。最常见的一个问题就是，剪力墙结构如果刚度不够强时，当满足了规范需求时，尤其是满足了楼层最大位移以及高层之间设计需求。这样就可以更好的保障在剪力系数，使得计算结果更加准确。因此，在进行结构设计时，应该做好高层建筑扭转环节，高层的高度应该控制在合适范围内。设计高层建筑应该不能大于这个楼层的平均值，同时也应该满足该楼层平均值，应该将剪力墙的连梁应该控制在超限内，符合规范需求。高层建筑不应该将短肢剪力墙进行设计，设计时应该更多注意，当短肢剪力墙比较多的时候，应该适当的进行调整，这样就可以更好的抵抗了水平力类型的剪力墙体。

3、剪力墙布置

3.1双向布置剪力墙、适宜的侧向刚度

高层建筑应有较好的空间工作性能，剪力墙结构应双向布置，形成空间结构。在需进行抗震计算的结构中，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向侧向刚度接近，两个方向的自振周期宜相近。剪力墙的侧向刚度及承载力均较大的情况下，为充分利用剪力墙的抗侧力性能，减轻结构重量，增大建筑的可利用空间，墙不宜布置太密，尽量减少剪力墙的布置，使结构具有适宜的侧向刚度。

3.2竖向刚度均匀

剪力墙的布置对其结构的侧向刚度有很大影响，剪力墙沿高度不连续，将造成结构侧向刚度突变，所以剪力墙应沿建筑高度连续布置。为保证经济性，可子底层向上降低墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使剪力墙的侧向刚度沿建筑高度逐渐减小。

3.3墙肢高宽比

细高形状的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。

为保证结构中剪力墙的延性，在设计计算中，墙的高宽应比不应小于2。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分割成长度较小、均匀布置的独立墙段，每个独立墙段可以是整体墙，也可以是联肢墙。

四、剪力墙结构设计优化其它措施

1、设置边缘构件

剪力墙本身可以具有较好的延性和耗能能力，但是这种延性和耗能能力需要靠剪力墙自身分布钢筋的合理配置才能实现，设置边缘构件目的是增加结构的延性和耗能能力，以提高结构的抗震性能。

2、控制建筑结构成本的措施

采用高强钢筋，以减少结构配筋量。明确建筑使用功能以确定活荷载，去掉不必要的荷载，剪力墙承受的荷载应按相关规范进行折减。配筋应满足计算及规范规定的最小配筋率，地下部分的墙体配筋应通过计算确定。框架—剪力墙结构中，框架和剪力墙共同承担侧向作用时，应通过计算和优化协调二者的工作状态，尽量减少剪力墙的布置。

3、连梁优化设计

经过调整后的连梁应确保其弯矩、剪力设计值应不小于使用阶段实际值，也不应低于设防烈度低一度的地震组合的弯矩设计值，以防止在正常使用时产生裂缝，影响结构安全。

五、结束语

在建筑项目的全生命周期中，设计阶段直接影响施工阶段的成本和建筑最终的使用效果。因此，我们应当在设计阶段就加强对剪力墙结构的设计优化，进而最大程度地提高剪力墙结构的可靠性和经济性。