探究剪力墙结构设计

探究剪力墙结构设计

费巧云

江苏文博建筑设计有限公司

摘要：随着我国经济的不断发展和城市化进程加快，土地资源越来越紧缺，高层建筑成了时代的新宠。作为建筑行业重要组成部分的结构设计，近年来在高层建筑中普遍采用剪力墙结构，采用这种结构和其所具有的良好的抗震性能和抗侧刚度大的优点紧密联系。本文从剪力墙结构设计的基本概念处入手，全面分析了建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用，以期能够为剪力墙结构的正确使用提供技术保障，给相关从业者提供借鉴。

关键词：剪力墙；结构设计；体会

在高层建筑结构中，剪力墙结构因其结构刚度大、整体性好、抗震性强等优点而被大量应用，日益受到房地产开发商和业主的欢迎。我们在对剪力墙结构进行应用的时候，要认真分析其所具有的优缺点，不断提高剪力墙结构的综合利用水平，更好的促进我国建筑行业快速健康的发展。

一、剪力墙结构

1、剪力墙结构分类，一般按照剪力墙上洞口的大小、多少及排列方式，将剪力墙分为以下几种类型：

1.1整体墙没有门窗洞口或只有少量很小的洞口时，可以忽略洞口的存在，这种剪力墙即为整体剪力墙，简称整体墙。当门窗洞口的面积之和不超过剪力墙侧面积的15%，且洞口间净距及孔洞至墙边的净距大于洞口长边尺寸时，即为整体墙。

1.2小开口整体墙门窗洞口尺寸比整体墙要大一些，此时墙肢中已出现局部弯矩，这种墙称为小开口整体墙。

1.3联肢墙剪力墙上开有一列或多列洞口，且洞口尺寸相对较大，此时剪力墙的受力相当于通过洞口之间的连梁连在一起的一系列墙肢，故称连肢墙。

1.4框支剪力墙当底层需要大空间时，采用框架结构支撑上部剪力墙，就形成框支剪力墙。

1.5壁式框架在联肢墙中，如果洞口开的再大一些，使得墙肢刚度较弱、连梁刚度相对较强时，剪架。力墙的受力特性已接近框架。由于剪力墙的厚度较框架结构梁柱的宽度要小一些，故称壁式框。

2、剪力墙结构设计

通常情况下，剪力墙结构的宽和高都比较大，但是其厚度相对来说却比较小，而这也决定了剪力墙结构的受力形态和几何特征。剪力墙结构的几何特征相类似于板，但是其受力形态却与柱子有着高度的相似性，但在比值上还是与柱子有着一定的区别。在剪力墙结构中，墙整体是个平面结构，其承受着来自竖向的压力和其平面作用下来自水平的剪力两种力量。地震环境和风载作用下剪力墙结构仅仅是满足刚度强度需求还是远不够的，其还需要满足非弹性变形反复循环作用下的延展性，在控制结构断裂和能量消耗中却不倒的要求。为此，我们一般在剪力墙结构设计中会将其设计成为一种延性弯曲型。

二、剪力墙结构厚度和长度选择

1、剪力墙结构厚度

按照国家抗震规范的有关规定，剪力墙结构的底部加强墙厚一、二级抗震等级时，其厚度最好能在200mm以上，同时不能小于楼层高的1/16，而其它地方需在160mm以上。在剪力墙结构设计中，如果遇到特殊的情况，建筑物可以采用概念设计分析，有效地控制住墙肢轴压的比值，确保整体连结，从而实现降低墙厚度的目的。

2、墙肢长度

剪力墙结构墙肢截面高度就是剪力墙墙肢的长度，此长度通常不会大于8m。在剪力墙结构设计中，我们要确保剪力墙结构的延性。为了有效地避免脆性的剪切破坏，可以把高宽比大于2的细高剪力墙结构设计成为弯曲破坏的延性剪力墙。但是，有些墙体长度过长，为有效地确保墙体高宽比大于2，可以适当的采用开设洞口的方式将长墙分成均匀的、长度较小的连肢墙，而对于其洞口而言，最好是采用一些约束弯矩比较小的弱连梁。

三、剪力墙结构设计计算原则

剪力墙结构在进行设计的过程中，切忌不可采取盲目的手段，而是要根据设计规范的相关规定，具体考察结构的设计是否合理。在进行设计时，为了促进剪力墙结构设计的规范化，我们需要在技术层面上遵循一些原则：

1、楼层间最小剪力系数的调整原则

为了减轻结构自重，有效地避免地震发生时建筑物的损坏，我们在进行设计过程中可以适当的进行短肢剪力墙的布置，但是此操作需要一个前提，必须要求短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩控制在40%以内。我们可以采用大开剪力墙的方式，让剪力墙结构有更好的侧向刚度，保证楼层最小剪力系数在规范限值之上，由此方可大大减少工程造价。

2、楼层间最大位移与层高之比的调整原则

在对一些普通建筑进行设计时，其设计的重点应该是楼层间的剪切变形和扭转变形。剪切变形控制多以竖向构件多少来衡量，如果竖向构件数量很大，会造成墙的剪重比偏大，设计不合理，导致扭转变形过大，同样也无法有效地满足楼层间位移的需要。所以，我们在建筑物中要尽可能的减少扭转变形，决不能仅仅靠增加竖向构件的刚度来调整楼层间的位移。

3、剪力墙连梁超限的调整原则

剪力墙跨高比在2.5以下的连梁较为容易出现弯矩和剪力超过规定限度的情况，所以在通常情况下会规定剪力墙连梁跨高比需要在2.5以上。对于跨高比在5以上的连梁，则最好是按框架梁进行设计。针对连梁超筋的处理，取不小于0.5的连梁折减系数计算，验算小震作用与正常使用极限状态组合下，连梁的承载力是否满足要求。所以，我们在进行剪力墙结构设计时要充分利用连梁超限调整原则，而这又会大大节省工程造价，有效的节约工程投资。

四、根据剪力墙结构体系特点，优化结构设计

1、剪力墙结构体系特点

剪力墙作为建筑结构中一项不可或缺的建筑构件，其有着自身较为独特的特点。建筑设计中剪力墙结构的优点较为突出，承载力强，平面内刚度大。但是我们也要看到其剪切变形相对也较大，平面外较为薄弱，外加开洞后剪力墙形式多变复杂，受力也较为繁琐，这些都极大的阻碍了剪力墙在建筑结构中功能的发挥。在承受竖向荷载和水平荷载时，剪力墙的能力还是比较大。其侧向刚度大，整体性能较好，水平力作用下侧移较小，加上剪力墙设计中没有梁和柱的外露与突出等问题，非常方便房间的内部设置。但是这样也会导致无法提供一个大空间的房屋。从地震后的震害统计数据来看，剪力墙结构刚度的不同，则受震害的影响不同。刚度大的剪力墙结构通常受震害影响较轻，但此刚度范围是有限定，并不能无限制扩大。剪力墙结构设计虽然优点较多，但其工程造价也相对高一些。所以，我们在进行优化设计时要充分发挥其抗侧能力强等优点，但要尽量减少工程费用。

2、优化剪力墙结构设计

在对剪力墙结构设计进行优化时，为了让受力均衡，需采取一些恰当有效的手段。剪力墙结构安全可靠，争取让每一个此结构都能发挥其最大作用，达到经济合理的目的。首先需要对工程的安全性能和造价进行考虑，结合这两项因素合理调整剪力墙布置。另外，可从技术和原材料应用两方面着手控制工程造价。在工程施工中，把实际含钢量控制在一定范围内，既不损害建筑的安全性，也能充分发挥原材料的最大用途。

五、结论

在分析剪力墙结构设计时，我们要重视其基本概念设计，认真把握设计中所需要遵循的各项原则，合理选用剪力墙的长度、宽度和位置，让设计达到最佳的效果。如此，方能保证建筑结构的经济安全，降低工程成本，促进建筑行业的健康稳定发展。