建筑剪力墙结构设计探讨

 建筑剪力墙结构设计探讨

阳检华

广东博意建筑设计院有限公司

 摘要：建筑剪力墙结构广泛应用于各类建筑，科学、合理的设计，是保证建筑结构可靠安全的关键因素。本文就建筑剪力墙的设计应用进行探讨，供同行借鉴参考。

关键词：建筑结构；设计；剪力墙结构

1剪力墙结构分类

1.1剪力墙结构

剪力墙结构是一种在纵向和横向两个方向上的主要承载构件都是结构墙体的一种结构形式。在建筑中，如果墙体的布置在适当的地方，就可以构成一个既能有效地抵御水平荷载，又能对空间进行分隔的结构系统。在墙体的水平面上，墙体的抗侧移刚度非常大，而墙体的水平面上，墙体的水平面上的抗侧移刚度非常小，可以忽略不计。

1.2框架剪力墙结构

框架剪力墙结构属于常见的几种剪力墙结构，它也被称为框剪结构，这种结构是在框架结构中，布置了一定数量的剪力墙，从而形成了一个灵活、自由的使用空间，可以满足各种建筑功能的需要。与此同时，它还拥有充足的剪力墙，具有相当大的侧向刚度（剪力墙的侧向刚度大就是指在水平荷载的作用下，抵抗变形能力强）。

2剪力墙结构设计原则

2.1剪力墙位置选取原则

在高层建筑中，剪力构件是抗侧移的重要组成部分，在进行抗震设计时，必须考虑到墙肢之间的连接作用。所以，在进行结构布局时，应尽可能使墙体的同向分布均匀，使其在平面内成为多个联肢共同工作的整体，并尽可能地防止其错位。在设计时，应尽量做到结构的对称，不能达到要求时，应使结构的质心和刚度心靠近；在剪力墙内开孔时，宜尽可能在剖面中间开孔，而不宜在柱头或墙体末端开孔。

2.2剪力墙间距和厚度确定原则

剪力墙的间隔及厚度的安排：要将最大的间隔控制在一个确定的范围之内，这样才能在保证屋顶抗侧移的前提下，避免在水平荷载下的楼盖平面上产生的弯曲变形；本文提出了一种基于周期比、位移比、最大层间位移的新型抗震墙板的设计方法。在地震作用下，钢筋混凝土轴压比限值应满足设计要求；符合结构及稳定性的原理；在选择剪力墙的时候，也要按照《高层建筑规范》的有关规定进行。

2.3剪力墙的墙肢长度确定原则

剪力墙的腿长要根据不同的情况确定，但一般不能大于8 m，以免发生配筋断裂，腿长也不能太短。剪力墙肢长的计算方法通常为8倍以上，并且剪力墙总长度不能超过4m。对于需要设置更长的墙体，可采取开洞的方式，使其高宽比大于2m，并保证开洞均匀，尺寸不宜过大，并设置弱连梁，防止剪力墙受剪。

2.4剪力墙的数量设置原则

在设计剪力墙的时候，一定要保持适当的位置，并不是说数量越多，就会表现出更好的效果，相反，在某些情况下，如果布置的数量过多，还会导致结构本身所要承担的地震力变得更大，还会浪费建筑材料等。所以，在能够满足建筑横向变形的限值的前提下，剪力墙的数目可以尽可能地减少，这样就可以减少结构本身的重量，同时也可以防止剪力墙数目太多，导致承载力不佳。

3建筑结构设计中剪力墙结构的具体应用

3.1剪力墙结构设计

在进行剪力墙的双向设计时，应尽量保证左右两个方向的刚度一致。在进行抗震设计时，应尽可能地保持其平面均匀，并尽可能地将其刚性中心贴近于建筑物的中央，从而减小其扭转效应。对于刚性中心偏离建筑物中心较大的情况，如果有可能，可以适当地调节墙体的剪力及连梁柱高，使刚性中心偏离建筑物中心。剪力墙的侧向刚度大，且其自振周期较短，在水平方向上可承受更大的地震荷载，从而对结构的总体性能产生一定的影响。在建筑主体和附属结构中，减少墙体厚度，加大墙体间距，减少墙体总数，从而降低建筑的总重量，提高建筑的横向刚度。在剪力墙结构中，它最大的优势就是它的承载力和平面刚度都很高，但是它的平面外的承载力和刚度都比较差，如果在结构中使用一根横梁来连接剪力墙，则会引起墙肢平面外的弯矩增大，因此，采用半刚接的方法来调节该问题，从而解决该问题。

3.2基础方案以及承重构件设计

在进行剪力墙结构的设计时，应考虑到建筑工地的水文条件、地质条件和工程建设的要求等多种因素，来综合确定，确保剪力墙结构设计的方案能够满足建筑施工的需要，并且能够与建筑周边的环境和谐共生。相关的设计者应结合建筑施工的实际情况和标准的需要，对剪力墙所承受的重量进行合理的分配，保证建筑的主体结构的稳固符合有关标准。一定要把墙体的配筋率作为剪力墙的承载构件进行设计时的主要考虑因素，在剪力墙结构的设计中，有关的设计人员要对基础方案的重要性有一个正确的理解，对承重构件的设计和优化展开控制，并与自己的设计经验以及建筑工程的各种参数相结合，确定施工工艺的参数与建筑施工标准，以防止由于结构设计不合理而产生的安全隐患。在设计完成后，一定要进行严格的验证，确保结构设计方案的合理性和可行性。

3.3墙肢的科学处理

墙肢的合理处理，将会对墙体的稳定与耐久产生很大的影响。如果墙体肢体较短，则其抗震能力将大大降低。所以，规范对短肢剪力墙在高层住宅结构中的应用进行了一些限制，当短肢剪力墙承担的倾覆力矩不小于结构底部总倾覆力矩的30%时，就被认为是具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。在确保剪力墙结构能够满足建筑承载要求的情况下，利用封层间隔设计，将一块长度较长的剪力墙结构分割成一个个独立的墙段，这样可以增强剪力墙的稳定性，防止在建筑完成并投入使用之后，由于外力的影响，而对剪力墙的整体结构产生了损害。为了实现这一点，就必须在建筑施工时，在较长的剪力墙中开一个洞，简而言之，就是把长墙改为短墙，等建筑完成后再把洞口填满。另外，可以通过调节配筋量来提高相对短长度的剪力墙的承载力，通过在剪力墙中预留孔洞来调节墙肢配筋量（如图1）。

图2墙肢长度的确定

3.4 剪力墙厚度管控与配筋设计

3.4.1 剪力墙厚度设计

根据国家有关法规，当建筑项目的抗震级别为1、2级时，剪力墙底板的厚度应超过200mm，且应超过层高的1/16，其它构件的厚度应超过160mm，当剪力墙的末端未与翼墙相连时，应超过层高的1/12。但有关规定并不适用于任何的建筑，剪力墙的间隔及厚度的安排：要将最大间隔控制在一个确定的范围之内，这样才能在保证屋顶抗侧移的前提下，避免在水平荷载下楼板的平面上产生的弯曲变形；本文提出了一种基于周期比、位移比、最大层间位移的新型抗震墙板的设计方法。在地震作用下，钢筋混凝土轴压比限值应满足设计要求；符合结构及稳定性的原理；在选择剪力墙的时候，也要按照《高层建筑规范》的有关规定进行。

3.4.2墙体配筋率的设计

我国有明文规定，在建筑结构设计的具有不同地震等级的剪力墙结构时，水平和垂直方向的最小配筋率不能过小，大部分框支剪力墙的底部部位的配筋率不能低于0.3%。如果使用在长度较长或高度较高的剪力墙中，可以有效地提高建筑结构的稳固性，但是，如果使用在低矮的剪力墙中，则需要对配筋率进行合理的判断。

3.5合理设计剪力墙结构边缘构件

在墙角位置设置完毕后，对墙角位置的合理选择就变得非常重要。在剪力墙中设置边框，可以提高墙板的延性，进而减小其它部分的地震作用。剪力墙多以整体受弯为主，所以在边缘构件的位置处，主要受到拉力或者压力的影响，不会出现反弯点，剪力也不明显（剪力大部分由腹板承担）。因此，剪力墙的弯曲失效一般是由于边部的压垮。因此，通常都会在有塑性铰链的地方加固边框，避免边框被挤压，起到约束作用。在剪力墙内增设边框，不仅可以增加其承载力，而且还可以改善其延性。

结束语

在当前的社会和经济条件下，随着我国城镇化进程的加快，，我们需要综合考虑建筑结构的设计。由于其独特的优点，剪力墙结构被广泛地用于高层建筑结构的设计，在进行结构设计的时候，要科学地规划结构的设计要点和设计内容，使得剪力墙结构可以更好地运用于建筑结构中，从而保证建筑结构的整体质量。

参考文献：

[1]肖志娟.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].现代物业(中旬刊),2019(12):81.

[2]蔡颖.高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计分析[J].住宅与房地产,2019(34):69.

[3]孙宏刚.剪力墙结构设计原则及其在建筑结构设计中的应用研究[J].建材与装饰，2018（47）：66-67.

[4]张冬冬.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用初探[J].居舍，2018（31）：112.