浅析混凝土剪力墙结构设计

摘要：本文介绍了剪力墙结构的设计原则及剪力墙结构的受力特点，指出了高层建筑剪力墙结构设计中应注意的问题及剪力墙结构建筑优化设计措施。

关键词：混凝土；剪力墙；结构设计

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：

随着社会的发展、经济水平的提高，高层建筑将如雨后春笋般出现，剪力墙结构因其抗侧刚度大，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能，因而被广泛应用于多层和高层混凝土建筑中。所以，掌握好剪力墙结构受力特点，把握好剪力墙结构设计的基本原则，建筑的结构设计就会更加安全、适用、可靠、经济。

1 剪力墙结构的设计原则

剪力墙结构是利用建筑物墙体作为建筑物的竖向承载体系，并用它抵抗水平力的一种结构体系。由于其良好的抗侧性、整体性和抗震性能，可以建造较高的建筑物。剪力墙的设计原则为：

剪力墙结构中全部竖向力和水平力都由剪力墙承受。所以一般应沿建筑物的主要轴线双向布置。特别是在抗震结构中，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。

剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。门窗洞口上下各层对齐，形成明确的墙肢和连梁，使受力明确，计算简单。叠合错洞墙的特点是洞口错开距离很小，甚至叠合，不仅墙肢不规则，而且还在洞口之间形成薄弱部位，对抗震尤为不利。

剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高。剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。剪力墙要避免洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚，并用暗柱加强。

较长的剪力墙宜开设洞口，将其分为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体配筋能够充分的发挥作用，因此墙肢截面高度不宜大于8m。

2 剪力墙结构的受力特点

剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构，承受竖向荷载和水平荷载，是高层建筑中常用的结构形式。由于纵、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载作用下，侧移较小；因此这种结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也比较容易满足，适宜于建造层数较多的高层建筑。剪力墙主要承受两类荷载:一类是楼板传来的竖向荷载，在地震区还应包括竖向地震作用的影响；另一类是水平荷载，包括水平风荷载和水平地震作用。剪力墙的内力分析包括竖向荷载作用下的内力分析和水平荷载作用下的内力分析。在竖向荷载作用下，各片剪力墙所受的内力比较简单，可按照材料力学原理进行。在水平荷载作用下，剪力墙的内力和位移计算则比较复杂。理论分析和试验研究表明，在水平荷载作用下剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。洞口是否存在，洞口的大小、形状及位置的不同都将影响剪力墙的受力性能。剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙(多肢墙)和壁式框架等几种类型。不同类型的剪力墙，其相应的受力特点、计算简图和计算方法也不相同，计算其内力和位移时则需采用相应的计算方法。整体剪力墙如一根悬臂杆件，在墙肢整个高度方向上，弯矩图既不发生突变又不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主；小开口墙与双、多肢剪力墙，在连梁高度处的墙肢弯矩有突变，但在整个墙肢的高度方向上，它没有或仅仅在个别楼层才出现反弯点，剪力墙的变形曲线依然以弯曲型为主。总之，剪力墙的受力需具体情况具体分析，应按能反映其性态的结构体系计算。剪力墙结构具有较好的抗震性能，且结构布置灵活，造价低，经济性好，所以高层住宅较多的使用这种结构形式。

3 高层建筑剪力墙结构设计中应注意的问题

3.1 剪力墙结构的坑侧刚度不宜过大，若坑侧刚度多大，则剪力墙结构的周期会相应的变小且建筑受地震影响也较大；

3.2 同一建筑中剪力墙结构墙体不宜过多，若墙体越多，则建筑物自重会增大且建筑物受地震影响也越大，同时还会造成过多不必要的浪费；

3.2 由于剪力墙结构的墙体大多数都是构造配筋，为避免结构延性差，剪力墙结构墙体的构造配筋不宜太低；

3.4 剪力墙结构设计时应满足规范中关于结构水平位移和地震力的要求。因此，设计者只有结合工程实践经验，在实际工作中有所判断，在剪力墙结构设计时将地震力和结构水平位移控制于规范中的合理范围内，同时还应对结构的配筋和内力做进一步检查，才能达到建筑物安全性、适用性、经济合理性的目的。

4 剪力墙截面结构设计

剪力墙正截面承载力计算方法与偏心受力柱类似。所不同的是在墙肢内，除了端部集中配筋外还有竖向分布钢筋。此外，纵横向剪力墙常常连成整体共同工作，纵向剪力墙的一部分可以作为横向剪力墙的翼缘。同样，横向剪力墙的一部分也可以作为纵向剪力墙的翼缘。因此、剪力墙肢常按T形截面或I形截面设计。

剪力墙结构随着墙肢弯矩分布特点的改变和开洞大小的不同，结构内力与位移的计算方法与计算简图的选取也不同。与一般受弯构件斜截面承教力计算不同的是需要考虑轴向力的影响。试验表明剪力墙在反复水平荷载作用下，其斜截面承载力比单调加载降低15％—20％。规范将静力受剪承载力计算公式除以0.8作为抗震设计时的受剪承载力计算公式。计算表明，剪力墙在水复荷载作用下。其正截面承载力并不下降。因此，无论有无地震作用，剪力墙正截面承载力的计算公式是相同的。大小偏压的判别条件与偏心受压柱相同，剪力墙一般不可能出现小偏心受拉，规范也不允许发生小偏心受拉破坏。

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；其次，具有较短肢剪力墙的墙的剪力墙结构最大适用高度应比规范中剪力墙结构的规定值适当降低，7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m；第三，对于B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，即使设置筒体，也不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构；第四，如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不属于这种短肢剪力墙与筒体共同工作的剪力墙结构。

5 剪力墙结构建筑优化设计措施

高层建筑剪力墙结构优化设计的方案有很多种，而在整个建筑中其经济性受建筑的结构体系、采用材料、构件截面等影响很大，因此，在优化方案设计时必须选择最适宜的结构形式才能保证建筑结构的安全可靠度及降低工程造价。

对于一套剪力墙结构高层建筑物，只有优化其剪力墙结构设计，技术应用得当，使结构受力均衡、结构可靠度一致及整套建筑任一结构都能同时发挥最大作用，才能达到建筑物安全、经济、适用的目的。但是，在不同方向的水平荷载作用下，剪力墙具有对称性的特点。而忽略剪力墙对称性特点设计出的结构会造成相当大的浪费且存在一定的不安全性。因此，为节省工程造价，提高收益，同时增加结构的安全可靠性，在设计中应调整剪力墙的布置使剪力墙对称。此外，当设计人对某种结构概念理解不全时，其设计出的结构也会造成极大的浪费。因此，设计人在设计之前应吃透某种结构概念，，正确把握结构概念，避免不必要的浪费。

6 结束语

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。纯剪力墙结构既可以保证结构的安全可靠性，又可以使室内空间合理墙面平整，所以高层建筑结构中便越来越多地采用剪力墙结构。剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别。这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。

参考文献：

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