关于建筑剪力墙结构设计的分析

摘要：本文作者结合实际工作经验，对建筑剪力墙结构设计的要点进行了分析介绍，供大家参考。

关键词：建筑；剪力墙；结构设计；分析

中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

随着高层建筑的普及，现浇钢筋混凝土剪力墙结构因其整体性好，抗侧刚度大，承载力大，在水平力作用下侧移小，且剪力墙结构施工方便，适用高度范围较大，所以在我国国内应用十分广泛。剪力墙的设计应建立在整体分析基础上，针对设计的关键环节进行合理运用，才能保证其在建筑中的作用得到发挥。

1 剪力墙结构设计中的基本概念及其分类

1.1 剪力墙高和宽尺寸都比较大，但是其厚度却非常小，这就决定了剪力墙的几何特征和受力形态。其几何特征类似于板，但是受力形态却和柱子惊人的相似，但是在比值上与柱子有着一定的区别。在剪力墙的结构中，墙是一个平面结构，它承受着竖向压力和其平面作用下的水平剪力的双重力量。地震作用和风载下剪力墙仅仅满足刚度强度是远远不够的，其还必须满足非弹性变形反复循环下的延性和能量消耗和控制结构断裂却不倒的要求。所以 ，在剪力墙的设计中要求将其设计成延性弯曲型 ；

1.2 剪力墙结构的分类

剪力墙结构主要可以分为四类 ，而分类的依据则是剪力墙是否开洞及其开洞的大小。

1.2.1 实体墙或者截面剪力墙不开洞或者开洞的面积小于15%，这种剪力墙的变形主要为曲型，其就像一个整体的悬壁墙，在整个墙肢的高度上，弯矩图既没有弯点，也不会发生突变；

1.2.2 整体小开口剪力墙。虽然这种剪力墙的开口比较小，但是其开洞面积已经大于 15%。整个剪力墙的变形主要为弯曲型，但是整个墙肢的高度基本上没有存在反弯点，弯矩图的主要位置发生了突变 ；

1.2.3 双肢或多肢剪力墙。这种剪力墙一般开口较大，或者其洞口成列分布。虽然在开口上与整体小开口剪力墙不同，但是它们的受力特点却十分类似 ；

1.2.4 壁式框架。这种剪力墙洞口尺寸很大，连梁线刚度和墙肢线的刚度比较接近，其整个受力墙的变形则为剪切型，受力特点与框架结构相似。其在大多数高层建筑的楼层中会出现反弯点，弯矩图在楼层的地方也会产生突变。

2 剪力墙结构设计

剪力墙的刚度较大，整体性较好，容易达到承受的荷载要求。设计师主要考虑以下几个方面：

2.1 剪力墙的截面厚度要求

剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度和承载力都很小，剪力墙厚度应满足最小截面要求，主要目的是为了保证剪力墙平面外的刚度和稳定性能。当剪力墙相交于墙体平面外时，相交处可以作为剪力墙的支撑，对于平面外的刚度与稳定性有很好的保证。剪力墙最小厚度确认时，计算依据主要是建筑物层高及无支长度的比值。进行抗震设计时，底部加强区的墙厚根据地震的具体大小情况来设计，地震越大，底部加强区墙厚所占层高或者无支长度的比值就越大，一般不宜小于160mm。当无翼墙和端柱时，墙厚还要增大。

2.2 剪力强结构中混凝土强度等级要求

剪力墙中混凝土要求相对较高，等级最少要为 C20，如果剪力墙结构中带有筒体与短肢，那么其中的混凝土强度最少要为 C25。

2.3 剪力墙结构在进行抗震设计时，构造边缘的构件在剪力墙墙肢中是必不可少的。在非抗震设计中，其墙端部位的构件配置及钢筋配置都要符合相关的规定要求。

2.4 剪力墙结构设计中要考虑竖向分布时钢筋配筋率的最小值，主要作用就是保证混凝土墙体在受到弯矩较大而出现裂缝时不至于立刻达到抗弯承载力的极限，还可以防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏。

2.5 剪力墙结构开洞构造设计。若是剪力墙结构中开洞较小，其影响较小在计算时可不必考虑在内。为了保证剪力墙结构截面的承载力，要在钢筋切断集中处将洞口补足，并且钢筋直径最小要达到 12mm。具体施工要根据实际情况，边缘构件的设置根据实际情况。

2.6 高层建筑剪力墙结构体系受到的竖直方向荷载比较大，竖直荷载包括建筑整体的自身重量及楼面荷载产生的影响。由于荷载的存在，竖直方向会产生轴力，是连续梁内出现弯矩。计算时依据的是其受力面积。若是水平荷载，其计算就要按平面考虑了。剪力墙结构计算工作比较复杂且工作量较大，在建筑施工时，要针对不同的剪力墙结构的受力特点进行计算。剪力墙结构体系是一种抗剪性能较好的结构，设计时要考虑建筑施工的具体情况，设计时应尽量避免竖向刚度突变，确保其刚度。

3 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：

3.1 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

3.2 剪力墙配筋设计

在建筑混凝土规范中，强制规定在一二三级抗震等级的剪力墙设置时，竖向和水平分布的最小配筋率均不应小于0.25%；部分框支剪力墙底部应进行配筋增强，竖向和水平分布的最小配筋率均不应小于0.3%。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。

4 剪力墙连梁设计

4.1 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。在水平荷载作用下，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作用十分重要。

4.2 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：

4.2.1 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0.5。

4.2.2 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。

4.2.3 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。

5 结束语

剪力墙是建筑框架中承载并抗震的结构。在设计运用中必须注重其结构尺寸的合理性，尽量设计成延性剪力墙结构，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结构的有效性。

参考文献：

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