对建筑结构设计中剪力墙结构设计应用的几点探讨

全国钊

摘 要：在建筑结构设计中，需要注重结构的抗侧向位移，减小楼层剪力系数，而剪力墙结构可以增强建筑的抗侧向位移，提高结构抗震性。文章主要针对建筑结构中剪力墙结构的设计原则和设计应用做简要分析。

关键词：建筑结构；剪力墙结构；稳定性

1 建筑结构设计过程中常见问题

1.1 建筑设计安全等级存在不足。根据笔者所知，在各个建筑结构设计院，从事一线结构设计人员多是刚毕业的学生，他们缺少现场工作的实际经验，在其设计时多机械式的套用结构设计规范，未积累丰富的设计经验，结构设计安全程度较低。此外，即便设计人员充分考虑了建筑结构安全与使用的影响因素，但是在结构使用中每个构件不可能完全按照设计时应用的数学模型进行受力，这就造成设计与实际存在一定的差距，为建筑后期使用埋下安全隐患。

1.2 结构不符合实际受力。根据笔者多年设计经验可知，在建筑结构设计中，从理论上评价建筑结构设计的安全程度过于保守，安全程度过高；但是若降低房屋建筑结构设计安全系数则又不满足规范的要求，与工程实际情况存在一定的差距。同时，房屋建筑结构稳定性呈动态分布，随着时间的积累，结构变形加大，其稳定性降低，局部构件易出现过大变形。

1.3 结构布置不合理。在建筑结构布置设计中，一些设计人员经验不足，易出现以下几点不足：第一，建筑结构平面平整性较差，不满足规则性要求；第二，楼层出现错层，在建筑结构设计中，尤其是高层建筑结构中，若出现楼层错层现象时，会分割楼层，降低整体结构的抗震性；第三，在房屋建筑结构设计中采用多种结构，例如结构设计方案中存在转换层结构、错层结构，从而降低结构的整体性，不满足结构抗震要求。

1.4 抗震设计较差。抗震等级较低是我国结构设计安全保障的主要障碍，尤其是近几年汶川大地震、青海大地震等给人们带来无可估量的损失，让人们深刻意识到建筑结构抗震等级严重不足。尽管国家出台了建筑结构抗震设计相关规范，并要求：大震不倒、中震可修、小震不坏等具体要求，但一些设计院仍对结构抗震设计起不到足够的重视，这就造成建筑结构抗震强度较低，甚至在小震中发生坍塌事故。

2 提高墙体抗震特性——剪力墙结构

我国建筑结构的抗震性差，主要是结构侧向抗位移性能较差。而根据笔者设计经验可知，剪力墙结构可以有效地提高结构的抗震性。因此，在房屋建筑结构设计中，需要重视剪力墙设计，由于不同类型的剪力的墙截面应力分布不同，所以在计算剪力墙的位移和内力时，需要采用不同的计算方法。一般在剪力墙的计算时，大多采用有限元方法，此计算方法结果准确可靠，且可以适用于各类剪力墙结构体系中。但由于有限元计算法划分的单元比较多，从而使得计算机所需要的时间较长。因此，此计算方法只适用于框肢墙、特殊开洞墙等结构中。

剪力墙具有以下优点：它可以承受弯矩、水平剪力、竖向压力等，且可以在剪力墙上进行开洞，若洞口较大时，则结构受力类似于框架结构；同时，剪力墙的承载能力较强、水平向抗剪刚度大，且墙体结构变形较小，适用于墙体表面平整的层高较低的建筑结构中。

3 建筑剪力墙结构设计中应注意事项

3.1 剪力墙的数量合理。由于剪力墙的有固有特性，具有较高的侧向刚度、竖向承载特性，以及良好的抗风能力，但是在设计剪力墙时，其数量并非越多多好。为了确保建筑结构有效的发挥剪力墙的优势，需要设计合适数量的剪力墙，且剪力墙的位置不可任意布置，应根据需要合理布置。

3.2 优化楼层最小剪力系数。在建筑结构剪力墙设计中，需适当的减少墙体结构，若大墙体可以采取在剪力墙中设置大开间，从而有效地保障墙体侧向刚度满足建筑结构设计要求。同时，需确保楼层间剪力系数要适当，需要结构规范所允许的范围内，且需减轻剪力墙结构自重，增强侧向刚度。

4 建筑结构设计中剪力墙结构设计应用

4.1 剪力墙结构定位设计。在建筑剪力墙结构定位设计时，需注意以下几点：第一，对于特殊平面结构，如J角形平面、Y形平面，则需要根据三条轴线布置剪力墙；第二，对于一般平面结构，如矩形平面、T形平面、L形平面，需要根据两条轴线走向合理布置剪力墙；第三，对于对称平面结构，如圆形平面、正多边形平面、弧形平面，则需要沿着径向或环向布置剪力墙。即在定位剪力墙结构时，应遵守对称、均匀的基本原则，保持剪力墙结构的质量中心和刚度中心相互重合，以有效地减少扭矩。此外，建筑内外剪力墙结构需对正、拉通，不得交叉，增加结构复杂性，且其墙肢截面需规则、简单，确保剪力墙的抗侧力刚度。此外，为有效提高剪力墙结构的抗侧力刚度和墙体的承载能力，需确保剪力墙之间的间距在一定的范围内，不宜过密。

4.2 合理控制剪力墙结构参数。为合理设计建筑结构中的剪力墙结构，满足设计规范的基本要求，需要对剪力墙的侧向刚度比、位移比和周期比等设计参数进行合理优化设计。剪力墙的位移比主要是指建筑结构构件的水平方向位移和楼层平均值的比值。此外，还需要对剪力墙结构自身不规则进行优化，避免结构本身出现偏心作用而导致建筑结构发生扭转问题。位移比是在刚性楼板的假设条件下确定建筑结构竖向位移不大于1.2倍。

4.3 剪力墙连梁设计。在建筑结构剪力墙结构中，若剪力墙结构受水平作用时，其底部的墙肢部位就会发生扭曲变形，而连梁结构可以平衡结构的水平力，调整结构的受力状态，并可以一定程度上约束墙肢。所以在连梁结构设计阶段，要对连梁的高度和刚度进行优化，从而可以提高结构的抗水平位移，增强结构的抗震性。

4.4 剪力墙连梁超筋的处理。在建筑结构剪力墙结构设计中常出现连梁超筋现象。即剪力墙结构的剪力不符合墙体结构的剪压比设计要求。根据笔者多年的建筑结构设计经验发现，连梁出现超筋的部位主要出现在剪力墙结构总高度的1/3位置；若剪力墙长度较长，则连梁超筋易出现在中部的连梁部位；同时，若剪力墙结构中墙肢高度相差较大，则超筋易出现在墙肢连梁部位。

当连梁出现超筋现象，可采取以下处理措施：第一，降低连梁的截面高度；第二，在剪力墙抗震设计中，采取塑性调幅连梁的弯矩和剪力；第三，若结构竖向承载能力不受连梁破坏影响时，可以按照在地震荷载下，连梁不参与结构内力分析，墙肢可根据两次分析中的最大内力进行配筋分析。

5 结语

综上所述，建筑剪力墙结构具有较高的抗侧向位移，较高的水平抗侧向位移，很大程度上可以减小楼层的水平向变形，对建筑结构设计具有推进作用。

参考文献

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