剪力墙结构在结构设计中应用

2015-04-07谭武

四川水泥 2015年12期

关键词：墙肢剪力墙结构设计

谭武

（北京华咨工程设计公司山西分公司）

剪力墙结构在结构设计中应用

谭武

（北京华咨工程设计公司山西分公司）

剪力墙存在于房屋与构筑物里面，存在着普通剪力墙结构、框支剪力墙结构以及框架剪力墙结构三类。与此同时，剪力墙还拥有侧向刚度以及抗压抗侧能力都很优良、与建筑物室内空间不可分割和造价很高并且具有很好的抗震性等特点。在结构设计当中，剪力墙结构也有应用。

剪力墙结构设计应用

一、前言

对于建筑而言，墙体会将竖向承重构件承担，而水平构件传来的竖向荷载它同样也会承担，更需要将风力、地震等传来的水平作用一并承担起来。正是因为这样，才有了剪力墙的说法，它会对建筑物起到分隔以及围护的作用，是以在布置的时候无论是平面还是结构等布置要求都必须满足才行。

二、有关于剪力墙结构的概述

1.基本概念

一般情况下，在房屋和构筑物当中，对风荷载或者是地震等作用而导致的水平荷载起到主要承受作用的就是剪力墙。从结构上来分析，剪力墙拥有普通剪力墙结构、框支剪力墙结构以及框架剪力墙结构三类。所谓普通剪力墙结构，实际上就是指这个结构体系，只由剪力墙来进行组成。框架-剪力墙结构则有别于普通剪力墙结构，它的结构体系中包含框架以及剪力墙，并且在又局部大空间的建筑当中更为适用。这主要是因为在这类建筑当中其局部大空间部分，除了要依靠框架结构之外，还需要借助于剪力墙让抗震能力得到提升。

需要使用到框支剪力墙结构的情况，通常是剪力墙没有办法全部落地且其底部存在大空间的时候，则可以采用这样的结构形式。对于剪力墙结构体系而言，除去需要良好承载能力之外，还需要有良好的空间作用以及整体性，甚至要有比起框架结构来说更加好的抗侧力能力才行。正因为这样，它才能够用于高建筑的建造。侧向刚度大的优点能够让剪力墙结构在水平荷载作用下侧移小，而其弊端也在于间距存在限制且建筑平面在布置的时候不够灵活，更不适用于空间比较大的公共建筑当中，加之结构自重大也就缺乏了灵活性。

2.主要特点

剪力墙之所以能够对建筑起到持续稳定的作用并且能够在纵向上将所有的重量都承担，主要来自于它本身的特点。第一是，钢筋混凝土剪力墙具有侧向刚度以及抗压抗侧能力都很优良的特点。在建筑结构当中占据着特殊位置的剪力墙，确定位置的一个依据就是地域最大风向，这也是为了保证结构体系在承载来自于高层建筑竖向以及水平方向的荷载都能够顺利。第二是，对于建筑的室内空间而言，剪力墙是不可分割的一个部分。第三是，剪力墙的造价很高并且具有很好的抗震性。在剪力墙结构当中存在的钢筋与混凝土之类的材质使得剪力墙结构的重量不断增大，以致于让建筑结构的性能得到增强。无论是从材料还是模板的施工难易上还是造价上来说，剪力墙结构都比梁柱的施工更具优势。

3.主要分类

一般情况下，基于在建筑当中有不一样的功能与设计，剪力结构墙主要有四大分类。首先是实体墙结构，剪力墙是实体墙结构的情况是比较常见的，这种情况下墙面通常不存在开口或者是开口的面积小于墙面表面积的15%，且其为钢筋混凝土墙。优良的刚度性能，很强的抗侧能力以及不容易出现水平方向的扭曲变形，使用寿命长都是这类实体墙结构的优点，并且这种类型的结构主要是用在高层建筑的外墙部分。其次是存在开口的实体墙结构，这种类型剪力墙的开口也是比较小的，并且主要作用是让扭曲变形移位等情况不会在建筑中出现的保证，是以在住宅设计里面更容易用到。再则是多肢剪力墙结构，这种类型的剪力墙不但存在开口并且开口的面积是超过了墙面面积的15%的，但是开口并不会对剪力墙的整体受力情况造成影响，它同样能够保证建筑不会出现异常或变形的情况。最后是壁式框架剪力墙结构，这类结构同样开口的尺寸会比较大而且能够让剪力墙的不同部分刚度大小比较一致，从形状上来看，剪力墙面的造型和框架结构的造型也是差不多的。这种剪力墙结构能够保证楼层转角不会因为受力不均匀而出现结构裂缝的情况，也不会影响到建筑结构的整体性能，只是在水平受到外力的时候比较容易有异常变形情况发生。

三、剪力墙结构在结构设计中的应用

1.设计的原则与标准

在进行剪力墙结构设计的时候，需要遵循的原则与标准的第一条是要把外形墙体实际的长度和厚度的比值来作为设计的依据。因为具有高度与宽度大而厚度小的特点，以致于剪力墙虽然外形是板状却拥有和柱体十分类似的受力状态，是以设计的时候要特别注意上述比值。若比值小于3，那么在设计的时候往往会以柱体作为标准，若是比值介于3和5之间，那么就需要以双向受压结构作为依据。第二则是应该在设计的时候尽可能避免出现外接设计，若是不得不采用也应该将防护措施做好。这主要是因为如果剪力墙和平面外梁进行连接，很容易出现外弯的情况。第三是，设计人员在对剪力墙结构进行设计的时候，对于墙体水平与垂直方向上存在的作用力和整体结构的作用力都应该有充分的考虑，并且要分析验算好关于墙体正截面与斜截面的承载力。

2.关于剪力墙的大墙肢

因为拥有比较好的延展性，是以如果是细高类型的剪力墙很容易被设计成具有弯曲破坏的延性剪力墙，这样也能够让剪切脆性破坏得到有效的阻止。通常情况下，在进行建筑结构的设计时，会借助于开洞让比较长的墙被分割成为更小的独立墙段并且保证其宽高比值不会超过2。想要让墙体配筋的支撑力可以有更加好的发挥，就需要让小长度强度因为受弯而产生比较小的裂缝宽度。

3.关于剪力墙的平面布置

在进行剪力墙的平面布置时，考虑到其科学性，则需要将建筑物的抗震性考虑在内，并且确保剪力墙结构不好出现单向有墙这一类的结构布置方式。剪力墙的平面应该尽可能得布置得均匀且对称，从而保证墙面结构其质量与刚度的中心是重合一致的，在减少扭矩的同时还能够达到拉通并且对直内外剪力墙的目的。在进行剪力墙平面布置的时候，沿着主轴以及其他方向做到双向布置是比较好的形式。想要让剪力墙将最好的承载力以及抗侧力刚度发挥出来，并且让剪力墙能够利用的空间得到增加，需要确保其是有着合适侧向刚度的，并且它的间距要有所保证。

4.关于约束边缘构件的处理

相关的实验结果显示，相比于约束边缘剪力墙而言，无约束边缘构件的矩形截面剪力墙的承载力其极限值是要更低四成的，而当极限层间的移角有一倍减少的时候，会影响到墙板的稳定性。这样的情况导致剪力墙在进行边缘构件设置的时候，无论是约束边缘构件还是构造边缘构件，都需要根据建筑物的类别与结构等实际情况来科学合理地进行选择，这也能够更加让剪力墙结构的稳定性有保证，也让建筑物的质量与安全等都有保障。

5.关于剪力墙的连梁处理

剪力墙结构当中的连梁实际上就是墙肢以及连接墙肢的梁。对于建筑来说，剪力墙结构当中的连梁是有着非常重要的作用的，它除了可以起到墙肢连接的作用之外还能够约束墙肢。当水平负载力发生作用的时候，墙肢变形就会导致连梁出现内力，以致于连梁顶部的内力减少而让连接在一起的墙肢出现变形情况。这也会让墙肢的受力情况出现变化，而约束作用的存在，能够让剪力墙的稳定性得到保证。