谈建筑工程剪力墙结构设计

周集建

河南省建筑设计研究院有限公司 河南郑州 450014

摘要：建筑业的发展要与城市化进程相适应，城市人口的增加，为了满足城市新增人口的需要，刚度大、经济性优、功能性适宜的剪刀墙技术广泛应用。鉴于其种种优势，剪刀墙结构技术在我国建筑结构的地位日益稳固。本文主要就剪力墙结构的相关情况进行分析和概述，并阐述其在整个建筑结构设计中的应用情况，以期促进和推动剪力墙技术在建筑行业内的推广和应用。

关键词：剪刀墙结构；结构设计；行业发展

1、剪刀墙结构概述

1.1剪刀墙结构含义

剪力墙结构即是指由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构，剪力墙墙肢的截面高度与厚度的比值在5以上。其中墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，属于短肢剪力墙；一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。建筑结构内的剪力墙布置时，应尽量采用筒体和剪力墙共同抵抗水平作用力的剪力墙结构形式。在高层建筑结构设计时不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，抗震设计时，要求筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。

1.2剪刀墙分类及特点

剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙（多肢墙）和壁式框架等几种类型。

第一种整体剪力墙：无洞口的剪力墙或剪力墙上开有一定数量的洞口，但洞口的面积不超过墙体面积的15%，可以忽略洞口对墙体的影响。截面变形后仍符合平面假定，变形属弯曲型。第二种小开口整体剪力墙：当剪力墙上所开洞口面积稍大且超过墙体面积的15%时，除了整个墙截面产生整体弯矩外，每个墙肢还出现局部弯矩。但由于洞口还不很大，可以认为剪力墙截面变形大体上仍符合平面假定，且大部分楼层上墙肢没有反弯点。第三种联肢剪力墙：当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口时，由于洞口较大，剪力墙截面的整体性已被破坏，剪力墙的截面变形已不再符合平截面假设。这时剪力墙成为由一系列连梁约束的墙肢所组成的联肢墙。第四种壁式框架：洞口开得比联肢剪力墙更宽，墙肢宽度较小，墙肢与连梁刚度接近时，墙肢明显出现局部弯矩，在许多楼层内有反弯点。剪力墙的内力分布接近框架，故称壁式框架。它的变形已很接近剪切型。

1.3剪刀墙设计原则

剪刀墙的设计原则首先遵循楼层间最小剪力系数的调整原则，这时设计者在设计剪刀墙时适当减少剪力墙，使得结构自重减轻，不过在较少剪力墙时应该注意短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩在结构总底部地震倾覆力矩应占到百分之四十以下，这种设计可以有效的防止地震出现时的严重坍塌情况。其次要遵循楼层层间最大位移与层高之比的调整原则，这种调整是为了减少楼层在建设过程中发生严重的位移现象。设计者在设计一般建筑物时会比较注重楼层间扭转变形和剪切变形两个环节，对于剪切变形的控制要做到简单实际，单靠增加竖向构件是不够的，过多的竖向构件的增加不仅会破会整体美感，还会加重剪重比，使得剪切变形的情况不仅得不到控制，还会向着更加严重的方向恶化。所以，控制剪切变形不能一味依赖于竖向构件，还需设计者根据已有的知识另辟蹊径。最后要遵循剪力墙连梁超限的调整原则，剪力墙连梁设计的限度将会影响剪力和弯矩的限度，为了使得两者的限度范围相协调，剪力墙连梁限度应该遵循严格的调整原则，以减少后期的工程资金的浪费，节约人力物力资源。

2、剪刀墙结构设计在设计建筑结构中的应用

2.1 剪刀墙的平面布置处理

剪力墙的平面布置要遵循对称均匀的原则，使得墙面结构的质量中心和刚度中心完全重合，从而减少扭矩，为了提高剪力墙的抗震能力，在设计时要避免只是单向设置的墙面，而应采用主轴和其他方向延伸的双向结构模式。平面设置还需注意控制抗侧力刚度，选择适宜的抗侧力刚度，避免过于密集的剪力墙间距影响整个墙体的承载能力。

2.2剪力墙中大墙肢的相关处理

在建筑所在地区发生较大强度的地震时，大墙肢是最容易遭到地震破坏的，当然小墙肢也难以幸免，墙肢的破损导致整个墙面的坍塌。所以，剪力墙的墙面必须具有良好的延展性，需要将剪力墙的结构设置为弯曲变形的延性墙，在墙的长度比较长时，为了确保每墙段的高宽比均大于2，使用开洞分割的方式，在墙的长度比较短时，弯曲造成的裂缝宽度也会小，就不用过于担心墙面的支撑作用。

事实上在剪力墙结构中，超过8米的大墙肢存在，那么楼层的剪力效应大都由那些大墙肢承受，大墙肢的承受能力有限，为了缓解大墙肢的承受能力，应在设计时增设结构洞进行开洞处理。在开洞之前进行详细的计算，确定大小后在施工时保留该墙洞，施工结束后立即使用填充墙封堵，使得长墙肢变换为短墙肢。

2.3剪力墙连梁相关问题处理

在剪力墙结构中，墙肢与连接墙肢的梁称为连梁。在水平荷載作用下，墙肢发生的弯曲变形使得连梁产生了内在作用力，连梁两端的内在作用力就在连梁整体产生作用力时实现反作用，减少相连处墙肢的变形力，约束墙肢的随意变形程度，改变整个连梁的受力状态。所以说连梁问题是整个剪力墙结构的重要组成部分，除了可以连接墙肢还可以对所连接的墙肢起到一定的约束作用。

2.4剪力墙连梁超筋问题处理

剪力墙连梁超筋问题也是剪力墙结构问题中比较重要的一支，在平面中墙段较长时，连梁易超筋的部位多在其中部，在大多数情况下，连梁易超筋的部位处于剪力墙结构中总高度为1/3的楼层位置。在连梁的超筋问题，特别是剪力剪压比要求方面不能得到满足时，可采用现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》中的可行性较强的方法：首先对连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅，或者适当减少连梁的截面高度，以降低其剪力设计值；当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。其次在连梁的荷载作用对于整体表现不突出时，可以使用分析独立墙肢在二次多遇地震过程中的结构内力，墙肢配筋计算应按两次计算所得的较大内力的方法进行剪力墙建设，事实上是放弃了在地震中作用不明显的连梁作用；最后的方法是在前面的方法行不通时，对容易发生超筋的部位进行综合计算，使得整体设计符合国家相关标准的要求。

3、剪刀墙结构的有效优化措施

剪力墙在建筑构件中发挥着重要的作用，但剪力墙不能解决所有的建筑问题，它有着其独有的局限性，为了增强其的正面作用，剪力墙结构需要实行一些优化措施。

建筑物内部需要剪力墙的设置，但是剪力墙在空间较大的建筑物内部无法适用，盲目的将其扩大会引起不良后果；剪力墙结构需要花费较高的工程造价，因此，优化设计时应将其具有的抗侧能力等优势作用充分发挥，不能盲目得将其使用于各种建筑内部，还应合理的降低其工程成本，确保剪力墙可以为建筑物进行更好的工程服务。

对剪力墙结构优化设计过程中，我们应采取相匹配的有效措施来保障其受力的均衡性。由于剪力墙结构具有较高的安全可靠性，结构应用中应将自身具有的功能予以发挥，做到经济、合理。因此，优化设计剪力墙结构时，必须对其整体造价及安全可靠性充分考虑，并据此科学布置剪力墙，这样，剪力墙结构就会得到很好的优化。与此同时，为了进一步降低工程造价，应运用先进高效的技术手段及相匹配的原材料以实现该目的。

结束语：

在对剪力墙结构设计进行有效分析的过程中，我们应重视其基本概念的设计，认真把握设计中遵循的各项原则，合理布置剪力墙，使设计达到最佳的效果。只有这样才能保证建筑结构经济安全，有效降低工程成本，促进整个工程建设的持续稳定发展。

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