1、浅议剪力墙结构设计的运用【摘 要】剪力墙结构在当代建筑结构设计中已经被越来越广泛的采用，在设计运用中必须注重其结构尺寸的合理性，这样才能保证经济性与安全性的协调。因此从设计的基本思路出发，按照关键要点获得设计参数，这样才能保证剪力墙运用的有效性。本文对剪力墙结构的设计进行了分析。 【关键词】剪力墙结构；结构设计；优化措施 中图分类号： TU318 文献标识码：A 近来，随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，普通框架结构和框架剪力墙的露柱构件对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间使用和立面美观的要求。在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计层面满足高层建筑的样式创新、
2、功能需求以及结构安全性，追求新的结构形式和更加合理的模型将是未来的目标和方向。 一、结构设计中剪力墙的基本思路 1、通常在设计中需要考虑剪力墙的尺寸比例，即长宽高比例，各个尺寸主要为长度和宽度大而总体较薄，虽然如此但是因为剪力墙的承载形态属于上下压力，即类似与柱体承载模式，因此当高和厚度比例小于4 时则可以认为是柱子，如果比例值大于 4 则要设计为双向受压。 2、墙体形式与柱体不同，因为其厚度小则受力的时候不仅仅会受到前后压力且有上下压力，在中心还会产生旋转力、侧弯等多重力的影响，对其位置和硬度必须进行合理设计。剪力墙主要的作用是抗震，为了保证其在剧烈振动中不会产生破裂和折断，所以剪力墙形状设
3、计不是直上直下的，而是分散其受力点，使得受力过程为一个缓冲过程，这样才能满足抗震的需求，即形成一个缓和受力的模式。 3、整体墙与连肢墙都是一种剪力墙形式，其不同的就是位置和整体效果不同，但是其目的是已基本一致的。整体墙的联合性突出，一般的墙体断点少。整体墙受力的模式与竖向悬臂相似，当剪力墙的墙肢长度较大时，在力的作用下法向应力是一种线性分布，破坏形态与偏心柱类似，配筋应尽量将竖向钢筋设置在墙肢两端；为了防止出现剪切破坏，并提高其延性应在设计时对底部截面的组合设计内力进行提高或者加大配筋率。 为了让剪力墙对抗侧向倾斜压力，各个部位的受力相对均匀，墙肢的大小应进行控制，做到长短适中。联肢墙也是一种
4、剪力墙，其由多个梁构成。但是一般的连梁的刚度要小于墙肢，墙肢单独的作用十分显著，连梁中部出现反向弯点时必须注意墙肢轴压比的极值。剪力墙的施工中应考虑各种型号的有利点和缺陷的搭配应与实际建筑需求相适应。设计中是否需要添加钢筋和钢筋设置方式等需要综合分析后才能选择型号。 4、针对墙的形状和厚度应充分考虑受力的情况，本身重力所造成的上下压力和水平方向的建筑压力都应在设计被考虑，计算出具体的数值后才能合理设计横断面和斜断面的压力限值。同时还要考虑主要承受能力以外的各个局部承载能力，尤其是最为脆弱的点。带有翼墙壁的水平宽最小值的求得因素包括：两面墙壁的相对距离；在开孔位置中间的翼缘尺寸；测量墙肢上下的尺
5、寸的 0.1；墙体厚度与两端翼墙乘以 6 之后所得到的参数。 二、剪力墙设计时厚度与配筋的考虑 前面提及的剪力墙的设计参数主要有长宽高，但是其厚度相对小，受力形态类似与柱子相似，而与柱子的主要差异就是在与厚度与长度的比值，因此在建筑结构设计中对剪力墙的设计必须考虑其厚度与长度的比值，从而保证其达到工程要求。主要考虑的要点如下： 1、剪力墙厚度选择 因为剪力墙主要起到抗震作用，因此在设计时应按照抗震规范进行参考，其要求剪力墙底部加强部位的厚度在一二级抗震等级时小于200mm，但是不能小于层高 1/16，而其他部位则大于 160mm，当墙端头没有翼墙或者暗柱设计，则应小于层高的 1/12，但是应注
6、意这些规定不能应用于八度震区中的多层或者高层建筑。如在高层设计中中间层设计时，一般墙肢的重力承载值所选择的轴压比都可以满足0.2 的需求，计算机分析的结果往往值需要构造筋即可实现设计目标，但是因为底部功能要求层高 3.9m 时墙厚 240mm，如果业主方要求视野功能，则没有纵墙设置，横墙朝外端头不能设计翼墙或者端柱，则层高大于 5-4.2m 时，则墙厚为350mm，此类设计显然不合理。因此建筑中如出现特殊情况，高层建筑设计应借助概念设计，控制墙肢轴压比例，进行墙体截面分析、强度验算、稳定性验算，并在构造上设置合理的暗柱或者配筋才能保证墙体厚度满足实用需求。 2、剪力墙配筋设计 在建筑混凝土规范
7、中，强制规定在一二三级抗震等级的剪力墙设置时，竖向和水平分布的配筋最小的比率应大于 1/4；部分框支剪力墙底部应进行配筋增强，其比率应大于 30%，这种方式在高层或者剪力墙结构较长的情况下是适用的，然而这样的结构对于较为低矮短小的剪力墙结构并不适用，具体的设计中如果建筑结构特殊，需要适当的增加水平向钢筋的数量，尤其是梁部的载荷敏感部位应重点加强。 三、剪力墙边缘设计 在结构测试中，证明矩形截面的剪力墙在延性方面要比工字型和槽型截面剪力墙差；经过计算分析增加墙肢截面两端的翼缘面积可以增加墙体的延性。所以在矩形剪力墙两端设置边缘构件可以达到此类目标，还可以防止剪力墙出现水平向的位移滑动，提高剪力墙
8、基本性能的相关规定，已经提出了暗柱、端柱、转角墙等措施，即目前规范中的约束性边缘构造件已达到抗震目标。 在最近的规范修改中，建筑结构规范中根据结构类型和受力的基本状况对剪力墙两端和洞口两侧的加强边缘，按照墙肢在重力载荷代表值的作用下，墙肢轴压比的界限以及加强部位都要求设置，其结构分为约束边缘构件和构造边缘构件两种。 四、剪力墙连梁设计 1、连梁的基本功能 在实际的工程中，剪力墙结构上连接墙肢与墙肢的梁就是连梁。在水平的符合作用下，使得墙肢弯曲，此时连梁的端部就会产生转角，这样就造成了连梁内力的出现和受力情况改变。此时会对墙肢产生一定的约束限制，从而改变了墙肢的受力情况，因此连梁对于剪力墙结构的
9、作用十分重要。 2、连梁的设计措施 带有连梁结构的剪力墙其跨高和截面积的尺寸都会受到多种因素的影响，一旦设计中出现不合理或者矛盾就会影响连梁的功能，即产生的实际承载力和承载截面与设计要求不符合，因此设计中应考虑以下要点：2.1 连梁刚度分析 连梁因为跨高相对小，与其相连的墙肢的刚度较大等因素影响，其在水平作用下内力较大，连梁屈服则会出现裂缝，刚度减小则内力会重分布。所以在剪力墙设计时，应对连梁的刚度进行折减。如：在高层设计中结构件应利用弹性刚度参与整体分析，但是抗震设计的剪力墙连梁刚度应小于墙体，且承受弯矩和剪力较大则配筋设计难度大。因此在设计时可以根据裂度进行折减，但是折减系数不应小于 0.
10、5。 2.2 对剪力墙孔洞口设置 在设计中可以适度增加剪力墙孔洞的宽度或者减小连梁高度增加剪力墙洞口的宽度，也即是增加连梁跨度而减小高度，目的是降低连梁的刚度，同时因为减小了结构的整体刚度，也就减小了地震对结构的影响，使得连梁承载力不会超限，同时保证剪力墙的厚度合理。 2.3 增加剪力墙的实际厚度 这个方法就是增加连梁截面的宽度，在这样设计后一方面加大了结构的整体刚度，从而使之在地震中内力增加；一方面连梁承载力和宽度呈现正比，一旦剪力墙厚度增加，地震中产生的内力不能按照墙的厚度增加而成比例逐渐传递给剪力墙，所以这样就会导致连梁的抗剪切承载力超限。因此设计应根据具体的工程情况，配合设计需求进行合
11、理调整，为的是保证剪力墙有效发挥作用，最终达到建筑所需的安全与质量要求。五、剪力墙结构设计和计算的优化的措施 1.剪力墙结构设计方面的优化 在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，形成空间结构，抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。 2.剪力墙结构计算方面的优化 在设计剪力墙结构时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，如剪力墙结构的刚度不宜过大，在满足楼层最大层间位移与
12、层高之比满足规范的基础上，以规范规定的楼层最小剪力系数为目标，使计算结果无限接近规范值。控制好结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的自振周期 T1 之比；A 级高度高层建筑不应大于 0.9，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的 1.5 倍，剪力墙连梁是否超限；剪力墙底部加强区的轴压比是否满足规范要求。 高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。设计时应注意：短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙） ，形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。 六、结束语 总之，随着高层建筑的不断发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出了更高的要求，而剪力墙在一定程度上满足了这些高要求。如果剪力墙想更好地发挥其刚度大、外形美观等优点，并又想克服自身结构上的缺点，那其关键就全在于设计。 参考文献 1郎春雨,来晓慧.关于建筑剪力墙结构设计的探讨J.科技创新导报,2012,(05) 2高峰.土木工程建设中对剪力墙结构设计的探析J.中国新技术新产品,2012,(03) . 3刘彬.建筑剪力墙与异形柱结构受力分析及设计探讨J.土木与建筑,2011,(04) .
