剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析

2016-08-11赖伟科东源县建筑设计院广东河源517500

低碳世界 2016年11期

赖伟科（东源县建筑设计院，广东　河源　517500）

赖伟科（东源县建筑设计院，广东河源517500）

剪力墙又被称为结构墙或抗震墙，主要是在建筑整体结构中承受震动作用或水平力量的墙体，具有良好的抗震性能，由于剪力墙性能优良，因此被广泛应用于建筑设计中。对此，本文首先介绍对剪力墙的结构和种类进行了介绍，然后对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行了详细探究，以期促进剪力墙结构设计的推广。

剪力墙；建筑结构设计；应用

1　引言

随着我国国民经济的不断发展，人们对高质量居住和办公环境要求越来越高。针对这些实际要求，剪力墙及其结构设计可以有效保障建筑物的安全性和质量要求，提升建筑质量，优化建筑结构。

2　剪力墙结构概述

2.1剪力墙概念

剪力墙是实际建筑工程中经常使用的结构墙、抗风墙和结构墙。剪力墙可有效承受风或地震等导致的相关荷载，保障建筑物安全性和刚度的墙体，剪力墙优点在于良好的抗震性和刚度。剪力墙结构设计中，墙体的长度和高度应相对较大，而宽度则相对较小，并采用钢筋混凝体整体浇筑方法。建筑设计方和施工方为满足人们对居住住房和办公楼的安全稳定性要求，已经在建筑设计和施工过程中广泛的使用剪力墙，以提高和优化其整体建筑物的建筑施工质量和结构。

剪力墙结构应用优点：剪力墙结构具有较好的稳定性和整体性，能够提高建筑物的承载能力；侧向刚度较大，对建筑物水平方向的荷载有较好的限制作用，适合高层建筑；无外露梁柱和构件，不会影响建筑内部空间美观和功能的分布。

剪力墙结构应用缺点：剪力墙虽然稳定性好，承载力佳，但对建筑的类别限制较大，因其承重原理是靠墙体和楼板形成的受力系统，且一旦建成就不易拆除，在空间上更是宜小不宜大，所以对于住宅和宾馆等空间间隔不大的居住类建筑，比较适用剪力墙结构。除此之外，剪力墙对钢材的消耗也较大，在经济性上不具备优势。

2.2剪力墙种类

许多剪力墙为满足功能和使用要求，要在墙体上设置洞口，这就会影响到剪力墙的承载力，因此，剪力墙结构以此为分类依据，主要有：

（1）实体墙。当剪力墙上没有洞口或所开的洞口在墙体面积15%的范围内时，对该墙体的荷载承受能力影响较小，仍具有较好的稳定性，不会有异常情况发生，属于实体墙。

（2）小开口整体剪力墙。当剪力墙上所开的洞口面积超过整面墙体面积的15%时，从受力图中能看出本应在洞口处呈直线状的正应力已经变成在洞口两侧，此种情形虽然不会使剪力墙产生异常情况，但是在连梁处有反弯现象。

（3）联肢剪力墙。剪力墙上的洞口开的过大，或者过多以至于墙体的整体性已经被破坏，此时墙体截面的正应力分布不再是规律的直线，连梁将比它自身承受荷载能力大得多的墙肢联系起来，形成墙肢剪力墙，其中仅一列连梁连接两个墙肢的称为双肢剪力墙，一列连梁连接墙肢的称为多肢剪力墙。

（4）壁式框架。剪力墙上洞口开得过大，剪力墙截面整体性将受到破坏，除梁柱的交接处不产生变形外，剪力墙此时已接近于框架的内力分布，成为剪力墙与框架之间的一种过渡，即壁式框架。

3　剪力墙结构的设计原则

剪力墙结构的设计原则具体包括以下几点：①在对剪力墙进行设计计算时，应该充分考虑到水平与竖直作用下的结构整体，获得内力之后，还应该根据偏拉或者偏压对于斜截面与正截面承载力进行验算；②如果剪力墙与平面之外的梁相连，则会导致墙肢平面外弯距，对此，应该尽量避免开平面外搭接；③剪力墙结构为一个平面构件，除了承受平面作用的弯矩与剪力之外，还需要承担竖向压力，因此，在进行剪力墙结构设计时，必须保证一定的刚度和承载能力，同时还应该满足非弹性变形反复循环作用下的延性；④剪力墙的高、宽尺寸相对较大，厚度较小，其受力形状类似于柱，如果肢长与厚度的比值在3～5之间，则应该将剪力墙形状设计为异形柱，并采用双向受压构件设计，如果比值小于3时，则应该采用柱设计方式。

4　剪力墙结构设计方法

4.1基础方案设计

在建筑结构设计中，剪力墙的基础结构设计至关重要，设计人员应该反复研究建筑设计的整体方案，反复的论证，设计出最合适的剪力墙结构。具体考察和研究的项目，不仅包括建筑结构设计本身，而且还包括建筑所在地区的地质环境和水文环境。

4.2承重结构设计

对剪力墙的承重结构设计有利于高质量完成建设任务，剪力墙结构设计人员应该在充分了解相关政策和施工数据的基础上，进行剪力墙的各个承重构件设计，确保建筑整体质量和承重能力。在对剪力墙承重构件设计时，还需要对原有的技术和结构进行优化升级，准确计算墙体的配筋率。

5　剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

5.1定位剪力墙

如果平面的布置控制工作没有做好，则会导致平面不够均匀或者对称不接近标准状态，进而造成剪力墙的结构刚强度与力作用重合偏差较大，最终会导致弯矩现象，墙体扭矩的状况。因此，对于剪力墙的定位，需要按照估算好的数值、划线定位，保持平面的均匀与对称在标准范围，同时，内外墙体需要直通，墙体直截而保持简且有规则。

5.2墙面合理规划

建筑墙体除了需要保持均匀与对称，结构重量与刚强度重合，墙体直通外，还需要注意墙体的主轴路线，应当考虑到主轴双向与多向性。从抗震功能的角度思考时，如果剪力墙抗震动力度大时，就墙体的刚韧性有所降低，两者应当控制在合理的数值范围，避免相互制约的现象，其中剪力墙侧向刚度的数据可以用T=（0.05-0.06）×n的公式来推算出，公式中的n表示约力墙结构的层数。在是施工过程中，还需要考虑到的就是剪力墙的施工工期、材料耗费等投入的成本问题一级施工过程中存在的安全隐患问题等，规划好各个方面，从而对剪力墙结构进行科学构建。

5.3控制墙体配筋中的应用

剪力墙结构有耗钢量大的特性，而且在我国，这种建筑结构在工程建设中应用较广，合理控制配筋量可以在资源和经济上都有很好的节约作用。在具体控制方法上，比较常见的是满足规范配筋最小值的前提下，将水平钢筋外侧、竖向钢筋内侧布置。迎水面保护层在采用双向钢筋网片时，可以很大程度上减少配筋量，其厚度可降为30mm。

5.4短肢剪力墙的应用

短肢剪力墙在《高规》中有明确规定：指截面厚度不大于300mm，各肢横截面的高度与厚度之比应在4～8之间的剪力墙。短肢剪力墙的应用越来越广泛，与长肢剪力墙相比，它的肢厚比更小，这种改进对于住宅建筑来说，更有利于空间的排布，室内的布局及二次设计中受到的结构限制也大大减小。

虽然短肢剪力墙在灵活性和自由度上较长肢剪力墙更具优越性，但是与长肢剪力墙相比，短肢剪力墙仍存在许多待解决和待提高的问题，比如它会使整个建筑结构的受力能力和承载力降低。虽然有过关于短肢剪力墙对结构受力性能影响大小的测试，其结果表明短肢剪力墙对结构受力的影响性较小，但在高层建筑的结构中仍不应选用全部为短肢剪力墙的布置形式。当建筑结构布置中，短肢剪力墙的数量较多时，应布置成筒体或者是一般剪力墙，通过这种方法使短肢剪力墙与筒体或一般剪力墙形成整体，共同抵抗水平力作用的剪力墙结构。

5.5约束边缘构件

在建筑结构设计中，约束剪力墙边缘构件对其进行处理可以使剪力墙在相同条件下发挥更大的作用。由约束边缘构件和无约束边缘构件这两种方式构成了剪力墙的约束边缘构件处理，各有优缺点，综合比较来看，无约束边缘构件在建筑承载力上有更好的表现，而有约束边缘构件则在抗震性和稳定性上优于无约束边缘构件，所以应按具体项目具体需要进行选择。力墙结构边缘构件最大的压轴比如表1所示。