建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

郭鹏昊刘忠昊

郭鹏昊刘忠昊

中国石油天然气管道工程有限公司

【摘要】现代高层建筑的功能以及其用途正在以多元化的方式发展，设计师设计的高层建筑，一般会考虑高层建筑的受力结构形式，他们设计的关键所在就是建筑的结构传力体系。该体系对建筑的空间形态起支撑作用，其结构竖向所传递的荷载传递由传力体系的剖面来反映。另外，该传力体系也会影响建筑物的使用功能。所以不同结构的传力体系在结构的设计中是根据其具体情况来进行分析的，并同时进行合理的计算，以此确定比较合理的建筑物传力体系和保证抗震设计的规范性。

【关键词】剪力墙结构设计；建筑结构；应用

一、剪力墙结构的概念

剪力墙结构是指在建筑中墙肢的截面高度和厚度之比在5～8范围内的剪力墙体。如果在一个建筑结构内，剪力墙设置较多的话，就需要采用筒体的支撑形式，以便于和剪力墙产生的水平作用力相平衡，在高层建筑中多采用部分剪力墙的结构设计形式。在剪力墙结构中进行抗震结构的设计，墙体所承受的地震倾覆力矩不能够低于建筑整体结构的倾覆力矩。如果整体结构中的墙体较少，倾覆力矩可以适当减少30%左右。

二、剪力墙结构的种类及分类依据

1、有壁式框架的剪力墙

这种剪力墙的特点是洞口的尺寸比较大，墙肢线刚度与连梁线刚度非常接近，剪力墙在受力后呈现剪切型，这种受力特点和框架结构非常相似。在高层建筑中采用这种剪力墙容易出现反弯点，在楼层处反弯图也有可能发生突变。

2、截面剪力墙或者实体墙

这种类型的剪力墙在受力后的变形主要呈现为弯曲型，整体上看这种剪力墙像是一个悬壁墙，弯矩图上既不存在反弯点，也不发生突变。

3、双肢或者多肢剪力墙

这一类型的剪力墙的特点是开口比较大，而且洞口一般成列分布。

4、整体小开口剪力墙

这一类型的剪力墙开口普遍较小，但是开洞的面积比较大，一般不低于15%。整个剪力墙在受力后主要的变形方式是弯曲型，在整个墙肢上几乎没有反弯点，但在弯矩图的中心位置容易发生突变。

三、剪力墙结构设计所遵循的基本原则

1、调整连梁超限相关原则

在剪力墙结构设计中，一般来说，连梁的跨高比应该大于或等于2.5，而采用跨高比低于2.5的连梁，在设计过程中就容易造成剪力墙的弯矩现象，严重超出限值。在《高规》中对剪力墙的跨高比就有明确规定，对于跨高比高于或等于5的连梁，在结构设计环节，要以框架梁为依据，不能随意折减其连梁的刚度。当跨高比处于5～6之间时，必须对连梁刚度进行折减，从而避免出现剪力超出限制或者连梁出现弯矩等现象。因此，在实际的建筑结构设计中，建筑企业必须合理利用该明文规定，不仅能够有效增强建筑物的安全性和可靠性，还能节约建筑成本，为建筑企业带来更多的经济效益和社会效益。

2、避免剪力墙和平面外梁搭接

剪力墙结构有一个突出的特点就是其平面内刚度和承载力比较大，而平面外刚度和承载力相对较小。这样，如果剪力墙和平面外的梁相互连接，墙肢平面外就容易出现弯矩现象，而且，在平常的设计中，设计人员并不会对平面外承载力和刚度进行验算，因此，为了避免弯矩现象的发生，在结构设计时要尽量避免剪力墙与平面外的梁进行搭接，在无法避免的情况下也要严格按照相关规定采取相应的防范措施，保证剪力墙与平面外能够搭接安全。

四、剪力墙结构设计中容易出现的问题分析

，在实际设计过程中，设计剪力墙结构的侧向刚度不能太大，若采用的是全剪力墙的结构，也就是除了门窗洞其他都是剪力墙，没有任何后砌填充墙，则其侧向刚度就会太大，此时的地震作用也就会变得较大，显然是不经济的，也是不合理的。而对底层剪力墙设计厚度要求为：在对抗震进行设计时，筒体与一般的剪力墙承所受的第一振型底部的地震倾覆力矩是不允许小于总底部地震的倾覆力矩的50%。对于短肢剪力墙比较多的结构中，不少的设计人员会将较短的墙段画成约束边缘构件或者是构造边缘构件，并把计算所需要的纵向钢筋均匀的配置于整个的墙段内，很显然这样是很不妥的，因为配置于墙肢中以及轴附近的钢筋是不能发挥其作用的，所以其纵向的钢筋必须向着墙肢端部来集中，同时可以打印出剪力墙边缘构件配筋的计算结果来加以复核。另外，抗震墙的墙肢长度应不超过墙厚的3倍时，要按柱的设计要求来进行设计，箍筋必须沿全高进行加密和SATWE等的程序在计算时，都要按照该条的规定进行办理。如墙厚的是200mm和墙肢的长度为600～800mm，此时墙肢的长度虽然为墙厚的3～4倍，但还是认应该按柱来配筋。某些设计人员在电算总信息里输入的配筋率为0.30%，剪力墙的竖向和横向分布筋也不需要过大，若墙厚的是200或者250mm，那么纵和横向的分布筋都配Φ12@200双排（配筋率达0.565%～0.452%）就是没有必要的，但其钢筋间距应不大于200mm，以此来防止剪力墙的开裂处。

五、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的具体应用

1、对大墙肢的处理

在建筑结构设计中，剪力墙的结构首先要具有延展性，一些宽高比小于2的剪力墙在设计过程中就会变成具有延性、易于弯曲破坏的剪力墙，从而避免剪力墙受到脆性剪切毁坏。当剪力墙的长度较长时，为了保证每个墙段的宽高比都能不小于2，可以对长墙进行开洞分割，使长墙被均匀的分为符合条件的独立墙段，这样形成的墙段比较小，受弯所能产生的裂缝的宽度也会比较小，这样就能保证墙体配筋发挥其良好的支撑作用。针对这种问题，在对剪力墙进行结构设计时，对一些长度大于8m的墙肢，根据实际情况开施工洞（即在具体的施工过程中，在剪力墙上留下洞，当施工结束后再将这些洞填充好，这样就能将大墙肢分成比较小的墙肢）和开计算洞（即在对剪力墙进行结构计算时设置计算洞，施工时仍然设置为混凝土墙，这样就能强化那些较小墙肢的配筋性能）。

2、合理的平面布置

在对剪力墙进行结构设计时，应尽量沿着主轴方向或者其他方向展开双向或多向布置；在对剪力墙的平面进行布置时，应该严格按照均匀、对称的原则，尽可能的将墙面结构中的刚度中心和质量中心重合在一起，不管是内剪力墙还是外剪力墙都应该尽量的对直拉通，从而有效减少剪力墙的扭矩现象；在设计过程中抗侧力刚度不应该设计的太大。在对剪力墙进行结构设计时，为了使剪力墙的抗侧力刚度和承载能力得到充分发挥，增强剪力墙的空间利用率，剪力墙之间的距离不应太密，其设计结构的侧向刚度也应合适。

六、结束语

综上所述，在当前社会发展中，剪力墙应用在不断增加，其在设计中的缺陷和问题将成为制约其发展的主要因素。在剪力墙布置中，洞口宜上下对齐使之受力明确，尽量避免出现错洞与叠合洞口，应采用科学技术手段进行计算分析。在设计和优化过程中，应从多个方向入手，提高设计质量，加强安全措施，确保建筑物安全。

【参考文献】

[1]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J].黑龙江科技信息，2011（17）.

[2]赵西安等.高层建筑结构实用设计方法[M].上海：同济大学出版社，2009.

[3]辛雯等.剪力墙结构设计中若干问题探讨[J].城市建设理论研究，2011（21）.