简论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

练宇

【摘要】近年来，在建筑结构设计中，由于剪力墙结构具有抗侧刚度大，能有效的减少侧移，且具有较好的抗震性能等优点。被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。本文从剪力墙设计的原则出发，结合具体问题，针对剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行了分析与探讨。

【关键词】剪力墙结构；建筑结构设计；应用

一、剪力墙结构设计的原则

剪力墙结构主要是由墙肢和连梁装置这两种结构组成，它的刚度和抗震性都比较好，而且其结构较为简单、美观，非常便于室内布置和装修，其使用效果也不错，因此，要想发挥剪力墙结构的优势和特点，就要对其进行合理的设计和安排。剪力墙结构设计中主要要遵循以下几个原则：

首先，剪力墙一般其高度和宽度都较大，而其厚度却比较小，外形有点类似于板状，但是其受力状态却与柱体物相似，因此，在进行剪力墙设计时，就要严格依据其外形墙体长度与厚度的比值来进行设计，按照规定，如果比值不超过3，其墙体结构就按照柱体进行设计；如果比值超过3而又小于5的话，就按照双向受压结构来进行设计。

其次，剪力墙具有平面内刚度和实际承载力度大，而其平面外刚度和承载力度相对而言要小很多，这样就会导致剪力墙和平面外梁相连时，容易形成外弯的状态，而相关工作人员基本上不会验算其外刚度和承载力，因此，建筑设计人员就要尽量避免设计这种外接结构，如果实在无法避免，也要采取一定的防护措施。

最后，在进行剪力墙结构设计时，相关设计人员也要充分考虑墙体的水平和垂直方向上的作用力以及整体结构的作用力，而且也要对墙体的正截面和斜截面受到的承载力进行分析和验算。如果墙体受到的集中负载作用较大，还要对其进行局部承载力进行计算。另外，在剪力墙的结构设计分析中，对于剪力墙间的距离、墙体门洞之间的宽度、墙体总长度的1/10等等这些情况下都要取其计算最小值。

二、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

（一）剪力墙合理平面布置

剪力墙的平面布置应尽可能按照对称、均匀原则，尽量使墙面结构的质量中心和刚度中心完全重合 从而减少扭矩，对于内外剪力墙则应尽量拉通、对直；1对于抗震设计中剪力墙结构应该特别避免仅单向有墙的结构布置形式；2 剪力墙最好能够沿主轴方向或其他方向进行双向布置；；3剪力墙的抗侧力刚度不宜过大；4为充分发挥剪力墙的承载能力和抗侧力刚度，增大剪力墙可利用空间，剪力墙的间距不宜过密，应保证结构具有适宜的侧向刚度。可以选用经验公式T=（0.05 一0. 06 ）n ，其中n为结构层数，判断剪力墙数量与结构侧向刚度的适应程度。计算结果中的T I 值与搭模计算的周期T2相比较，若T2Tl则需要增加剪力墙数量。

（二）剪力墙结构长、厚度及配筋

根据上面所说的剪力墙结构设计原则，剪力墙结构的厚度及配筋也有相关的规定和标准。根据建筑抗震相关资料的要求规定，剪力墙结构的厚度和长度也要根据抗震等级系数来调整。据相关规定，为了保证剪力墙结构的稳定性、抗震性以及钢性，剪力墙结构厚度的最小值为200mm，而且其高厚比要小于1/6。也就是说，居住建筑物的剪力墙结构厚度一般要小于200mm，其高厚比也要符合要求。如果一些高层建筑物的剪力墙结构厚度和长度出现比值不均，在不满足条件的情况下，就要采取L、T形截面剪力墙代替一字形剪力墙，并增加其翼缘长度或者采取其他方式，使得剪力墙结构满足其设计构造原则和要求。对于一般剪力墙结构中的水平和垂直风险上的配筋比值而言都要大于1/400，部分剪力墙底部加强部位的配筋比值也要大于3/1000，其他特殊情况下的剪力墙结构的配筋比也要根据实际情况来调整。

（三）约束边缘构件处理

试验表明：无约束边缘构件的矩形截面剪力墙与有约束边缘构件的矩形截面剪力墙相比， 极限承载力约降低40 % 左右， 极限层间位移角约减少一倍，对地震能量的消耗能力降低20% 左右，且对培板的稳定不利。剪力墙设置的边缘构件分为构造边缘构件和约束边缘构件。根据不同级别的剪力墙相关轴压比， 应选取不同边缘构件。对于一、二级剪力墙底部加强部位以上的普通部位和三、四级非抗震设计的高层建筑及相邻上层或底部加强部位轴压比小于多层房屋剪力墙，因此处理方法中均应设置构造边缘构件；而对于一、二级剪力墙结构的墙底部加强部位和相邻的上层，高层建筑及在重力荷载作用下墙体平均轴压比大于等于多层房屋，所以应设置约束边缘构件。

（四）剪力墙连梁结构设计

1、连梁的作用

实际的剪力墙的结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在水平力的复合作用下，使墙肢弯曲，这样连梁的端部就会产生转角，造成连梁内力的出现。这样会对墙肢有着一定的约束的限制，从而可以改善墙肢的受力情况，所以连梁对剪力墙结构是比较重要的。

2、连梁设计的解决措施

在带有连梁设计的剪力墙结构中，其跨高和截面的大小受到很多因素影响，一旦设计的不合理就会影响连梁的实际承载力或者造成截面与设计的需求不符的情况，所以设计的时候需要考虑几点：

（1）对连梁的刚度进行折减。连梁由于跨高比较小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表現为梁端出现裂缝，刚度减小，内力重分布。因此，在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。高规中解释说高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析，但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。通常，设防裂度低时可少折减一些（6、7 度时可取0.7），设防裂度高时可多折减一些（8、9 度时可取 0.5），但折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力。

（2）增加剪力墙洞口的宽度、减小连梁高度。增加剪力墙洞口的宽度，即增加连梁跨度，和减小连梁高度，其目的都是减小连梁刚度，同时由于减小了结构的整体刚度，也就减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。

（3）增加剪力墙的厚度。可以增加剪力墙实际的厚度，这就是增加连梁截面的具体宽度，这样的增加之后，一方面可以加大结构整体的刚度，从而使地震所造成的内力加大，另一方面连梁承载力和其宽度是正比的关系，一旦剪力墙的厚度增加，地震时产生的内力不能依照墙的厚度加大的比例逐渐的分给剪力墙，是小于这个比的，所以这样会造成连梁的抗剪承载力超限的情况。所以实际需要按照具体的情况和设计的需要进行相应的解决办法，以便做到最好的保证剪力墙效果的发挥，保证建筑的质量和安全。

三、结束语

从上述文章分析中，我们可以看出剪力墙结构的合理设计和安排对于其建筑整体结构的设计而言相当重要，它的稳定性关系到整个建筑物结构的综合实力，因此，建筑剪力墙结构设计人员一定要严格遵循其设计原则，结合其建筑结构的主要特点和设计要求，对剪力墙结构设计进行合理的分析和计算，使得剪力墙结构发挥其应有的效果和作用，进而确保建筑的整体质量和施工安全。

参考文献：

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