浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用陈文杰

浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用陈文杰

陈文杰

陈文杰

广东弘业建筑设计有限公司顺德分公司广东佛山528300

摘要：随着我国经济的不断发展，建筑行业也得到了日新月异的进步，取得了举世瞩目的成就，因而建筑结构的设计引起了社会的广泛关注。剪力墙由于其良好的抗震性和较强的刚度被普遍应用在建筑结构设计中，并且起到了重要的作用。

关键词：剪力墙结构设计建筑结构设计应用

引言：在社会持续发展进步的同时，人们对于建筑的应用要求也愈来愈高，随着社会人口的增多与城市化进程的加快，建筑设计为了更好的适应社会发展要求，其应用功能也在向多元化发展，这也需要建筑构造设计有所改进与提高。因为剪力墙结构整体功能强，同时刚度大和抗震功能好，所以对于建筑结构设计来说起到了至关重要的作用。在设计与构造的经过中，设计人员除了要依据自身经验做参考以外，还要遵循必然的构造建筑原则。

1.剪力墙结构的概述及设计中的基本概念

因为剪力墙的宽度尺寸和高度等都相对大，但是其厚度却比较小，因此这样的形态特点就进一步的确定了剪力墙的受力形态和几何特点。剪力墙的几何特点和木板相对相似，然而其强度却比木板要高非常多，受力的形态和梁柱相对类似。因此，在房屋建筑的剪力墙构造之中，墙体要是一个平面的构造，墙体在水平作用力和竖向压力等2个外部作用的状况之下保持稳定，承受双重的力量。因为存在地震等严重的地质灾害影响，针对剪力墙的构造设计单单满足建筑的刚度要求与强度要求是远远不够的，还要针对剪力墙在非弹性状态以下的能量消耗实施细致的分析，针对剪力墙反复弹性循环状况之下构造控制的核心要点实施细致的判定，力求剪力墙构造能够满足建筑构造设计的基本规范，而且满足裂开而不倒塌的功能性指标，提高建筑的稳定性。

2.剪力墙的计算方法

2.1材料力学的分析方法

整体墙以及小开口整体墙在水平力的作用下，整体墙的法向应力是线性分布的，因此可以运用材料力学当中的相关公式计算整体墙的应力应变。小开口整体墙，其法向应力分布则不是一种直线分布，但是偏离的不太大，仍然可以运用材料力学中的相关公式进行计算并对局部进行弯曲修正。一般情况下，将总力矩的85%按照材料力学中的方法计算墙肢弯矩和剪力，可以将总力矩的15%按照墙肢的刚度进行具体分配。

2.2连续化的方法

联肢墙是由一系列的连续梁所约束的墙肢所构成，因此可以运用连续化的方法进行近似的计算。此方法将每一楼层的连续梁近似看做分布在不同楼层高度上的一系列连续的连杆。根据连杆的位移协调条件建立剪力墙的内力微分方程，其结构中的内力即为微分方程的解，从而确定结构的位移，这种方法可以求得解析，如果将求解过程做成表格或者绘制成曲线之后，使用还是很方便的，通过试验的验证，其结果的精确度是符合要求的，但由于假定条件很多，导致其使用范围受到限制。

2.3壁式框架分析法

可以将壁式框架简化为带刚域的框架，用D值法（改进的反弯点法）进行求解，也可以利用计算机运用矩阵位移法以及杠杆有限元法进行计算。

2.4有限条法和有限元法

对于开有不规则洞口的剪力墙以及框支剪力墙最好的方法就是借助于计算机运用有限元的方法进行计算。有限条法则是对剪力墙结构进行等效连续化处理，然后取条带进行计算。这两种方法的计算精度就都很高。

3.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

3.1合理定位剪力墙结构

为保障剪力墙的安全、经济，必须合理、系统地布置剪力墙结构，而剪力墙的结构布置应从两个方面着手：平面布置和竖向布置。

从尽可能均匀、对称的原则出发，剪力墙的平面布置最好使墙面结构的刚度中心重合于质量中心以减少扭矩。同时内外剪力墙应尽可能拉通、对直。剪力墙肢截面不应过于复杂，宜简单、规则。剪力墙的抗侧力刚度必须适中，不宜过大或者过小。若剪力墙有适宜的侧向刚度，剪力墙的抗侧力刚度和承载能力就能得到充分发挥，扩大了剪力墙的可用空间。

为避免墙体有过大的内收和外挑，竖向布置应保持墙体造型匀称，规则，这样可以防止抗侧力结构的侧向刚度和承载力有突变的可能。其次，增加一些落地剪力墙、筒体或者柱的截面尺寸，以免底部大空间的剪力墙结构不落地造成刚度突变，并且，为减少刚度变化，应对相应楼层混凝土等级进行适当提高。

剪力墙结构用钢筋及混凝土指标

3.2剪力墙结构墙体的长度、厚度以及配筋

剪力墙结构墙体的长度、厚度也需要遵循相应的原则和规范。根据我国相关法律法规政策文件对建筑工程抗震要求的规定可知，剪力墙结构墙体的长度和厚度应该根据当地区域的抗震等级参数来进行调整。而且为了确保剪力墙结构的刚性、稳定性、抗震性以及承载性能，剪力墙结构墙体的厚度不能小于200毫米，剪力墙结构高度与其厚度之间的比值则应该要小于1/6。由此可以看出，在地震多发区域对居住建筑物剪力墙结构进行设计时，墙体厚度应该要小于200毫米，而且贾力强结构高度和其厚度之间的比值也要满足相关要求。而在对剪力墙结构进行配筋时，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。

3.3剪力墙连梁超筋的处理

连梁超筋在剪力墙结构设计中经常见到，剪力不满足剪压比要求会造成连梁超筋。通常在剪力墙结构中，连梁出现超筋的部位约在总高度三分之一的楼层，若平面中墙段过长，主要会在其中部出现，而当某一墙段中墙肢截面高度大小存在一定悬殊，会在墙肢处连梁超筋。剪切变形对剪力墙连梁来说相当敏感，若剪力墙连梁的尺寸不一致，可采取一定措施处理：（1）降低连梁的截面高度；（2）抗震设计的剪力墙中可对连梁弯矩及剪力采取适当调整；（3）若连梁破坏对承受竖向荷载的影响不够明显，假定连梁在大震下受到破坏，无法约束墙肢的结构，则按独立墙肢进行内力分析，选择两次计算所得的较大内力对墙肢进行配筋计算。

4.结语

总而言之，剪力墙结构设计已被高层建筑结构设计广泛应用。从设计层面来看，做到高层建筑的结构布置灵活、造价低且经济性好，追求样式创新、功能需求以及结构安全的良性结合，是未来建筑结构设计的发展方向。设计人员应该联系理论与实际，更新设计理念，提高设计质量，让建筑结构安全合理化，保证高层建筑的安全性。

参考文献：

[1]王春伟.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].黑龙江科技信息.2011（23）.

[2]张彦彬.试析高层建筑工程的转换层结构设计[J].黑龙江科技信息.2011（16）.

[3]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）.