1、浅析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用【摘要】建筑结构中，剪力墙结构是最常见的，同时也是非常重要的，对于建筑结构的性能和质量具有重要影响。文章对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行分析，具有一定的借鉴意义。 【关键词】剪力墙；设计；建筑结构；应用 中图分类号：S611 文献标识码： A 一、前言 文章对剪力墙结构进行了介绍，对建筑结构设计中剪力墙的布置原则进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对建筑剪力墙结构设计方面的优化措施进行了探讨。 二、剪力墙结构概述 1.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 58 范围内的剪力墙体。如果在一个建筑结
2、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。 2.剪力墙结构的特点和种类 在建筑结构中使用剪力墙结构，最明显的作用就是建筑结构发生的侧移较小、整体的抗侧刚度较大、减震能力较强以及保证建筑内部的墙面平整度等。但是也在一定程度上增加了建筑的资金成本投入，建筑工程的施工也变得较为复杂。 3.我国在建筑结构设计中使用的剪力墙类型可以分为以下几种： （1）实体墙 当
3、剪力墙为实体墙时，有的墙体出现开洞，有的没有开洞。即使有开洞的墙体，开洞的面积也不会超过整个墙体面积的 15%。因此，实体墙在使用的过程中不会出现反弯点和结构的突变。 （2）开口较小的剪力墙 开口较小的剪力墙其特点和实体墙相同。墙体中的开口面积较小是指墙体中的开洞面积在 15%以内，在受力过程中墙体中的弯矩图点不会产生反弯点，但容易在连梁出产生结构性的突变。 （3）壁式框架结构的剪力墙 壁式框架结构的剪力墙，在墙体中洞口的尺寸较大，在进行墙肢线刚度和连梁线刚度的设计时，其大小接近。壁式框架结构的剪力墙的主要受力特点在于墙体的弯矩图会产生突变，在建筑中的多数楼层中会出现反弯点。 三、建筑结构设计
4、中剪力墙的布置原则 用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，以此来承担因各类荷载引来的内力，且能够有效地控制结构的水平力，这种利用钢筋混凝土墙板来承受竖向力和水平力的结构就称为剪力墙结构。剪力墙的间距一般为 3m5m，因此其平面布置的灵活性还是受到了一定的限制。下面将简要地论述一下剪力墙的布置原则： 1.为了增加抗震能力，剪力墙应该尽量拉通对直。在建筑结构设计中，门、窗等上下各层要对齐，这样才能形成明确的连梁和墙肢，明确了受力，计算才能简单化。在抗震结构中，应该尽量避免叠合错洞墙和错洞剪力墙的出现。其中叠合错洞墙的洞口因为错开距离很小，有时甚至会出现叠合的现象，这样一来，不仅墙肢不规则，而且在
5、洞口之间会形成薄弱部位，对抗震产生会产生很不利的影响。 2.在剪力墙结构中，剪力墙承受了全部的竖向力以及水平力，所以剪力墙一般情况下应该沿着建筑物的主要轴线双向布置。尤其是在抗震结构之中，应该避免单向有墙的结构布置形式，并且还要促使两个方向的抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期应该相近。 3.剪力墙沿竖向时应该贯通建筑物的全高，从整体出发。剪力墙沿竖向改变的时候，允许其沿高度改变墙的厚度和混凝土的等级，或者是减少部分墙肢，促使抗侧刚度逐步减小，避免各层刚度突变，而造成应力集中。 4.如果是较长的剪力墙，那么应该开设洞口，将剪力墙平均地分为若干墙段，墙段与墙段之间应该用弱梁连接，另外每个对立的墙段
6、的总高度与其截面的高度之比不宜小于 2，因为墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，这样一来，墙体配筋才能够充分地发挥其作用，所以墙肢截面的高度是不宜大于 8m 的。 5.剪力墙要尽量避免在洞口与墙边、洞口与洞口之间形成小墙肢。另外小墙肢的宽度不宜小于三倍墙的厚度，并且还要用暗柱加强。 6.在高层建筑中不宜采用全部为短肢剪力墙的结构形式，因为短肢墙应该尽可能地设置在翼缘。如果出现短肢剪力墙较多，那么就应该布置筒体，形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。 7.尽量控制剪力墙的平面外弯矩，为此应该采用增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或者增加壁柱等方式，来有效地减少梁端部弯矩对墙的不好影响。另外，对截面较小的楼
7、面梁可以设计为半刚接或铰接，这样可以减少墙肢的平面外弯矩。 8.不能将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁之上。因为一方面主梁端部约束会因此而达不到要求，连梁也会因为没有抗扭刚度而去抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁本身会产生不利的影响，连梁本身的剪切应变比较大，易出现裂缝。 四、建筑剪力墙结构设计方面的优化措施 1.剪力墙的结构设计上，最合适的就是要沿着一个方向设计，这样的分部形式可以形成一个比较整洁的结构范围，但是，如果仅是在一个单一方向布置剪力墙，对于抵抗地震等自然情况是非常危险的，所以必须要保证同时有两个方向可以受力，这样不仅增加了稳定性能，也可以在地震中减少倾斜等情况的发生，达到最好的工作
8、状况，剪力墙不仅拥有比较强的重力承载功能，在一定范围内也具有抵抗倾斜的强度，减轻建筑里其他结构的重力分部，要在合理利用资源的情况下，布置合理。 2.在剪力墙上面设计门窗等能够形成缺损的情况，要注意的是分部保证是有上下排列顺序的，有秩序的成列排列，避免分部乱而无序，避免有错误建洞，以及重复建立错误洞口的情况发生，在设计中应该遵循稳定安全的原则，注意刚度的分配。尤其要注意竖直方向重力分配要均匀合理。 3.在剪力墙上的空洞位置选择上，一定要具有计划性，可以根据数量将墙体划分于不同段落之中，再进行平均分配，保证每两个洞之间的距离是一定的，而在不同墙体之间还是要采用建筑材料进行相互之间连接，所有独立墙面
9、要控制好水平高度与截面高度之间的比例，避免墙面受到作用力的破坏，尤其需要针对可能受到的地震危害，设计时候更应该设计好剪力墙的设计结构，并针对于不能达到设计要求的结构有相应的应对措施。 4.对于剪力墙的结构在空间上要与侧面力量的形成有很大的影响，所以应该遵循先从下面开始依次向上，不能有间断，尤其需要考虑的是建筑材料方面所能形成强度思维级别，所以剪力墙水平高度上的建筑应该是具有不能中断的特点，这样是在地震来临时候最具有有效稳定性的保护措施。 5.在对于剪力墙体结构有建筑意向时，应该提前进行关于高层建筑整体方面的分析，在对于符合建筑各项数值的前提下，对于建筑的安全性能进行全方面的考虑，这样对于剪力墙
10、建筑的综合分析后，开始就对于剪力墙有设计计划。 6.剪力墙结构计算方面的优化 在剪力墙与剪力墙之间的连接结构的梁柱子是一个耗费能量的结构，由于这种中间结构能够把剪力墙抗震能力有所消耗，会使整个高层结构都会构造成不稳定性的威胁，所以在设计方面就要考虑这些方面的内容，成为设计时候所需要综合考虑力量因素。 连梁截面的抗剪计算，对于跨高比大于 2.5 的连梁，其剪力设计值应乘以增大系数 vb：一级取 1.3，二级取 1.2，三级取 1.1。剪力墙连梁的截面尚应满足以下要求： 跨高比大于 2.5 时：v（0.2cfcbbhbc）/rRE 跨高比不大于 2.5 时：v（0.15cfcbbhbc）/rRE
11、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（周期比）的调整原则。震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心、抗扭刚度太弱的结构，在震中破坏严重。在设计时，要保证结构的抗扭刚度不能太弱：首先要限制结构平面的不规则性，避免产生较大的扭转效应，扭转效应的计算应考虑偶然偏心的影响；在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿周边布置，以提高结构的侧向刚度和抗扭刚度。五、建筑剪力墙结构设计中需要注意的问题 1.软件运用问题 高层建筑的剪力墙不免要用到计算机进行辅助设计，在运用相关软件的同时要根据具体的情况来设置模型。工作人员要能够调整软件中的各项参数，以此来反映实际的施工情况，要最大
12、限度地使软件所计算出的结果与实际的模型相统一。设计剪力墙的工作人员还要了解软件中各项参数的实际意义，只有这样才能够合理地设置参数。另外，实际的工程施工不能够完全依赖计算机计算出的结果，也不能够因为计算出的结果中某一部分出现了问题就把全部的结果认为是错误的，要在软件的实际应用中找到其产生误差的原因，逐步积累经验和教训，这样才能使高层建筑的剪力墙设计更加安全、合理。 2.结构细部的构造措施 虽然高层建筑的剪力墙具有很好的抗侧力性能，但是地震的运动存在很大的不确定因素，我们要有意识地设计剪力墙，以提高其总体的抗震性能，特别是对控制的薄弱层采取有效的措施，使其不会因为地震而造成损害。在强大的地震力的作
13、用下，高层建筑的剪力墙很可能发生整体的弯曲变形，尤其是底部外围的小墙肢很可能因其横截面积过小和强大的扭转力作用而发生严重的损坏，对原有的翘曲变形造成更大的影响，建筑平面的外缘会出现一字型的裂缝，然后是角点处的墙肢，其破坏也是最为严重的。所以，我们一定要采取有效的手段来提高剪力墙的抗震能力。 六、结束语 剪力墙建筑是对建筑性能进行优化的重要手段，随着人们对于建筑工程的要求不断提高，剪力墙的研究也成为了一个热点。随着对于剪力墙结构设计的不断深入和优化，它将发挥更大的作用。 参考文献 1吕伟.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点J.科技信息，2011，(19). 2王静剪力墙结构优化设计探讨J华中科技大学学报，2002，19（3）：43-45. 3赵文兵建筑施工剪力墙结构设计优化探析J 城市建设理论研究，2011(5):37-38.
