探討建筑剪力墻結構設計

陳建文

摘 要：隨著我國社會經濟的發展，人民的生活水平不斷提高，人們對于住房的需求也越來越多，在土地資源有限的情況下，應用于高層建筑中的剪力墻技術也應運而生了。本文對剪力墻結構設計進行了簡要介紹，闡述了剪力墻結構設計的優化方法，提出了提高剪力墻結構施工質量的建議。

關鍵詞：建筑；剪力墻；結構設計；應用

中圖分類號：TB482文獻標識碼： A

引言

對于不同的建筑結構中剪力墻的應用有著不同的結構設計方法，這就要求建筑設計人員能夠根據使用要求和實際情況來進行剪力墻的優化設計，從而保證剪力墻布置的合理性和適用性。

一、剪力墻結構特點分析

現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，除了承受樓板傳來的豎向荷載外，還承受風荷載和水平地震作用。剪力墻結構的側向剛度大，在水平力作用下的側移較小，承載力較大，且整體性較好。通過合理的設計，可以將剪力墻優化成抗震性能良好的延性剪力墻。優化合理的剪力墻結構承載力大，側向變形小，且有一定延性，在多次大地震中，剪力墻結構破壞較小，相對于其他結構形式，表現出很好的抗震性能。但剪力墻的最大間距受到限制，平面布置不夠靈活，建筑空間受到一定影響，因此一些需要大空間的建筑使用剪力墻結構就受到了一定的限制。對于上部為住宅，底部幾層為商場的高層建筑，對影響建筑使用空間的剪力墻，可以采用框支梁、框支柱來進行轉換，擴大使用空間。

二、剪力墻結構的設計原則

1、建筑物樓層之間進行調整最小剪力系數的原則

為了降低建筑結構自身的重量，增加建筑承受地震的能力，在結構設計的過程中，應該盡可能少的布置剪力墻，這就需要結構底部剪力墻承受的根據第一振 型計算的地震傾覆力矩不能超過剪力墻結構承受總的底部地震傾覆力矩的40%，這時，可以通過將剪力墻墻體進行大開間的處理，以使剪力墻結構能夠擁有很強的傾向剛度。這樣就可以保證建筑物樓層之間的最小剪力系數大于規定要求中的數值，從而達到降低建筑工程資金成本投入的目的。

2、調整建筑物樓層與樓層之間最大位移和樓層商之聞的比例

普通建筑設計的重點在于樓層與樓層之間存在的扭轉變形和剪切變形的處理。而在處理建筑物的剪切變形的過程中，又是以塑向構件的數量來進行控制的，但是塑向構件的數量一旦控制不好偏多的話，就會導致剪力墻的剪重比例偏大，從而造成剪力墻的設計不合理、不科學，使得樓層之間的扭轉變形也會相應的變大，但是這還是不能滿足建筑物樓層之間發生位移的需要。因此在建筑物剪力墻的設計中，要盡可能的減少樓層之間的扭轉變形，建筑物樓層之間的位移也不能只是依靠塑向構件的剛度變化來進行調整。

3、調整剪力墻連粱超限的原則

在剪力墻結構設計中，一般將剪力墻連梁的跨高比控制在2.5以下，此時連梁受力以剪力為主，彎矩不起決定性作用，在承受地震等側向作用時，連梁作為第一道防線，可適當開裂，來協調相鄰墻肢的變形，使相鄰墻肢協同作用。對于跨高比超過5的剪力墻連梁，應按框架粱的要求來進行設計，保證連梁在承受較大彎矩時的承載力和變形性能，以承受正常使用時的豎向荷載。因此，在剪力墻結構的設計過程中，通過調整剪力墻連粱的工作狀態，可以實現對建筑工程資金成本投入有效控制的目的，最大限度地節省建筑工程的資金成本。

三、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

1、剪力墻中對大墻肢的處理

在承受水平荷載的過程中，剪力墻結構需要具有一定的延性，在進行結構設計時，必須將這種延展的特點考慮進去，提高剪力墻結構的整體性及各墻肢協同工作的協調性。設計的過程中，剪力墻一般應用與高層結構，單片墻總高度較高，容易形成剪切破壞的形態，發生脆性破壞的問題。在設計的過程中，如果單片剪力墻墻體長度比較大，在滿足豎向承載力的要求以后，實行間隔設計，將其進行分割，形成長度較小、均勻布置的多片墻肢，有利于增加墻體結構總的水平承載力。如果墻段的長度比較小，它在受彎以后出現比較小的裂縫寬度，墻體配筋能夠更好的發揮作用。如果墻肢長度大于8m，處理方法如下：第一，設置施工洞，在施工的過程中，需要在墻上留洞，在完工以后，將墻填充，長墻肢就可以變成短墻肢。第二，設置計算洞，在計算結構時，設置洞，施工中仍采用混凝土，但與墻體分開澆筑。應用以上的計算方法，小墻肢抗側力性能會得到提高。

2、結構計算

進行設計剪力墻結構設計中，應該根據設計需求進行設計，使得設計更加合理。最常見的一個問題就是，剪力墻結構如果剛度不夠強時，當滿足了規范需求時，尤其是滿足了樓層最大位移以及高層之間設計需求。這樣就可以更好的保障在剪力系數，使得計算結果更加準確。因此，在進行結構設計時，應該做好高層建筑扭轉環節，高層的高度應該控制在合適范圍內。設計高層建筑應該不能大于這個樓層的平均值，同時也應該滿足該樓層平均值，應該將剪力墻的連梁應該控制在超限內，符合規范需求。高層建筑不應該將短肢剪力墻進行設計，設計時應該更多注意，當短肢剪力墻比較多的時候，應該適當的進行調整，這樣就可以更好的抵抗了水平力類型的剪力墻體。

3、剪力墻布置

3.1雙向布置剪力墻、適宜的側向剛度

高層建筑應有較好的空間工作性能，剪力墻結構應雙向布置，形成空間結構。在需進行抗震計算的結構中，應避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向側向剛度接近，兩個方向的自振周期宜相近。剪力墻的側向剛度及承載力均較大的情況下，為充分利用剪力墻的抗側力性能，減輕結構重量，增大建筑的可利用空間，墻不宜布置太密，盡量減少剪力墻的布置，使結構具有適宜的側向剛度。

3.2豎向剛度均勻

剪力墻的布置對其結構的側向剛度有很大影響，剪力墻沿高度不連續，將造成結構側向剛度突變，所以剪力墻應沿建筑高度連續布置。為保證經濟性，可子底層向上降低墻厚和混凝土等級，或減少部分墻肢，使剪力墻的側向剛度沿建筑高度逐漸減小。

3.3墻肢高寬比

細高形狀的剪力墻容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。

為保證結構中剪力墻的延性，在設計計算中，墻的高寬應比不應小于2。當墻的長度很長時，為了滿足每個墻段高寬比大于2的要求，可通過開設洞口將長墻分割成長度較小、均勻布置的獨立墻段，每個獨立墻段可以是整體墻，也可以是聯肢墻。

四、剪力墻結構設計優化其它措施

1、設置邊緣構件

剪力墻本身可以具有較好的延性和耗能能力，但是這種延性和耗能能力需要靠剪力墻自身分布鋼筋的合理配置才能實現，設置邊緣構件目的是增加結構的延性和耗能能力，以提高結構的抗震性能。

2、控制建筑結構成本的措施

采用高強鋼筋，以減少結構配筋量。明確建筑使用功能以確定活荷載，去掉不必要的荷載，剪力墻承受的荷載應按相關規范進行折減。配筋應滿足計算及規范規定的最小配筋率，地下部分的墻體配筋應通過計算確定?？蚣堋袅Y構中，框架和剪力墻共同承擔側向作用時，應通過計算和優化協調二者的工作狀態，盡量減少剪力墻的布置。

3、連梁優化設計

經過調整后的連梁應確保其彎矩、剪力設計值應不小于使用階段實際值，也不應低于設防烈度低一度的地震組合的彎矩設計值，以防止在正常使用時產生裂縫，影響結構安全。

五、結束語

在建筑項目的全生命周期中，設計階段直接影響施工階段的成本和建筑最終的使用效果。因此，我們應當在設計階段就加強對剪力墻結構的設計優化，進而最大程度地提高剪力墻結構的可靠性和經濟性。