建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

蔡永超

摘要：建筑工程结构设计中最重要的要求是结构稳定、建筑安全，而对于建筑结构设计来说，剪力墙结构设计的可靠性以及准确性是整个建筑工程项目中的最主要基础。剪力墙结构设计的抗震性以及抗测刚度大的特点使得其在建筑设计中应用广泛，但是随着公众对建筑结构的要求越来越高，剪力墙的结构设计也出现一些问题。因此，对于剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析是很有必要的。基于此，本文主要对建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用进行了简要的分析。

关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；应用

引言

伴随着社会物质生活的日益提高，人们对于生活环境的美观以及舒适度也有了更高的要求，而剪力墙结构设计作为建筑结构设计门类中极为重要的一种，在提升人们居住环境方面也发挥了极大的作用。

1、剪力墙的受力原理和意义

剪力墙受力形式主要由于其几何性特征决定，其几何特征明显：宽高较大，厚度较薄。整体外形与木板接近，但是其强度却要高出很多。因此具体的说剪力墙的结构一般是平面的，剪力墙的受力方向为墙面的水平方向以及竖向的正压力方向。其由于具有很好的几何特质，加之其材料具有很高的稳定性和抗震性，因此在满足建筑的初级刚度与强度的需求的同时还能够进一步满足地震等严重地质灾害的影响，想要做到这点就要针对剪力墙在非弹性状态下的能量消耗进行细致的研究与分析，从而对其结构控制的核心进行判断，然后针对问题进行结构设计研究，以确保剪力墙能够实现提升建筑稳定性的指标。

2、建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

2.1有效控制剪力墙的数量

剪力墙应用在建筑工程中主要是为了提高建筑物的整体性能，由于剪力墙的构成主材是钢筋混凝土，密度大、质量高，所以为了降低建筑物的自重提高抗震性，在剪力墙设计的同时要控制好数量。

2.3剪力墙建筑结构设计中平面布置

在平面布置中，剪力墙应该尽可能避免单面出现墙，尽量保证对称的原则，同时使得墙面结构的各中心重合。例如，刚度中心、质量中心以及密度中心都应该彼此重合。剪力墙的平面布置最主要的是要利用剪力墙的抗侧力刚度和承载力来保证建筑的简单规则以及合理布局。

2.3边缘构件的约束处理

一般来说，在剪力墙的结构设计中，无约束边缘构件的处理要比之有约束边缘构件的处理的负载能力低40%左右，同样，抗震能力的效果也要低20%左右。因此，在建筑工程的施工项目中，要根据实际情况选择合适的边缘构件，并对其进行相应的处理，最大限度的增强剪力墙的抗侧力刚度以及抗震力，使整个建筑能够更加稳定。

2.4明确剪力墙墙肢长度

对剪力墙墙肢的长度进行合理化的设计可以保证剪力墙结构的稳定性，在一般的情况下为了进一步保证剪力墙的延展性，还可以对于特殊部位进行弯曲性设计，这样能够有效的避免弯曲对剪力墙稳定性造成的影响。在实际的施工中，还可以采用连续肢墙的方式来实现保证墙体的宽高比目的。从而最大程度上保证强力墙的稳定性。

2.5剪力墙洞口的布局设计

对于较长的剪力墙应当开设洞口，分隔成受力均匀的若干个墙体，在之间使用弱梁进行连接，剪力墙洞口的布局位置，会在很大程度上影响到整个剪力墙的力学性能，因而剪力墙洞口的布局基本要满足三个方面。①有规则的布置洞口，基本成排成列设计，同时应当满足洞口与洞口之间的间隔均匀。②对于不规则设计洞口的剪力墙，像是叠合错洞墙以及错洞剪力墙等，这种不规则开洞容易因为洞口分布不均而使得剪力墙出现薄弱部位，应当采取措施在洞口处加强加固措施或者使用一些比较轻质的材料进行填充。

2.6剪力墙结构设计中的连续梁钢筋配置

连续梁钢筋配置在高层建筑中具有极为重要的作用，能够有效的增加建筑结构的延展性，同时改善墙体结构对上部荷载的承受力，从而使得建筑界具有一个良好的稳定性。在进行连续梁钢筋配置的时候，需要相关的设计人员依据结构内部钢筋的实际分布状况，对钢筋结构进行科学合理的布置，从而改善墙体结构的刚性，进而保证好结构的抗震性。另外，因为连续梁结构会承受较大的剪力，所以对其稳定的要求也相应的会较高，这就要求工作人员在实际操作过程中，严格按照相关的规定，实现合理配筋。

2.7连接接缝构造节点设计

在连接接缝构造节点上，一般采用的是灌浆套筒连接技术，该技术能实现墙内墙内竖向钢筋受力的连续性。但不适用于截面宽度较小、钢筋较密的剪力墙构件。因此在设计时，采用大直径钢筋代替小直径钢筋来连接预制墙板。考虑连接处钢筋居中，这样可以不影响预制墙体的竖向钢筋的连续性，且不会削弱预制剪力墙混凝土。

3、工程案例

3.1工程概况

某高层建筑筑，结构设计过程中，在电梯间、房间和楼梯间边角运用了异形墙肢；利用SATWE软件对剪力墙结构进行模拟，在模拟过程中实现了剪力墙单元的细分，以及墙上开洞的自动化处理。

3.2模拟结果分析

3.2.1自振周期

在地震作用计算分析过程中，按现行规范填写相关系数及计算规定，计算得出结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比为0.796（2A级高度高层建筑），满足规范提出<0.9的要求。

3.2.2结构位移

从基于风荷载的建筑结构位移情况来看，X、Y向楼层层间最大位移与层高之比分别为1/1219、1/1266；均满足了剪力墙规范限值1/1000的要求。X、Y向层间最大位移和层均位移比分别为1.15、1.08；均满足了规范A级高度高层建筑物限值1.20的要求。从基于地震荷载的建筑结构位移情况来看，X、Y向楼层层间最大位移与层高之比分别为1/1912、1/2705；X、Y向层间最大位移和层均位移比分别为1.10、1.12；均满足了规范相应要求。

3.2.3剪重比和刚重比

本项目剪重比情况为：X向剪重比最小值为0.81%，Y向剪重比最小值为0.82%，均满足规范提出的0.8-1.0%要求。本项目刚重比情况为：刚重比直接影响着重力二阶效应，且二者间呈负相关，即重力二阶效应会随着刚重比的持续减小而增强，当重力二阶效应达到一定程度后会出现结构倒塌的可能性。本方案X向刚重比由之前的9.87减小为5.93，Y向刚重比由之前的9.14减小为5.14，有利于减弱重力二阶效应。

3.2.4经济性

混凝土费用和钢筋费用分别与其体积呈正比关系，从方案实施的经济来说，该工程所使用的钢筋为39kg/m2，混凝土量为0.39m3/m2，较不考虑剪力墙之前约节省不少费用，这样既为国家节约了财力物力，又为业主节省了开支，从而达到了共赢的目的。

4、结束语

总而言之，剪力墙结构在建筑工程中具有良好的抗震性，是大多数建筑工程所采取的主要结构形式。在建筑行业不断发展的过程中，需要对结构设计进行不断的改革与创新，为此建筑业从业人员都应该积极学习剪力墙结构的相关理论，掌握实践应用原则与技巧，从实践工作中总结出设计要点，将剪力墙结构在建筑设计中的作用发挥到最大。在今后的发展中，建筑设计人员也要具备一定的思维创新意识，在结构设计中不断总结和尝试，积极采用新技术、新设备应用到建设过程中，促进建筑结构的不断优化。

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