浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用

摘要：在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计层面满足高层建筑的样式创新、功能需求以及结构安全性，追求新的结构形式和更加合理的模型将是未来的目标和方向，越来越多的剪力墙施工结构被应用在建筑工程施工中，成为建筑施工结构的重要组成形式。随着剪力墙结构设计和应用的日益增加，其在设计中的各种问题也逐步的涌现而出。本文就剪力墙设计过程中的各种问题进行分析，提出其相应的预防措施。

关键词：剪力墙结构，结构设计；建筑结构

中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：

前言：

近来，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―剪力墙的露柱构件对建筑空问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。当前建筑结构的不断发展，剪力墙在建筑设计中应用不断的增加，成为当前建筑结构设计的重要形式。剪力墙结构由于其抗侧刚度大、侧移能力小和良好的抗震效果等优势被当前建筑工程施工中广泛应用。在高层建筑的结构设计中，对剪力墙位置的具体不知和截面形状尺寸的具体布置是否合理，相关的规范有没有明确的规定都是影响剪力墙结构形式综合应用分析的关键性措施和技术要求。在当前原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构在复杂多变的当前建筑结构中受到种种因素的限制而无法满足社会发展的需求，在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，形成一套新型的剪力墙结构体系已成为当前建筑结构设计的重点，更是避免了在结构设计中容易发生的各种设计现象和缺陷的出现。

1．高层建筑剪力墙结构设计计算原则

1.1 楼层最小剪力系数(剪重比)的调整原则。在满足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不超过50％的前提下尽可能少布置剪力墙，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值(不小于限值)。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。

1.2 剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙连梁的跨高比不宜小于2．5，跨高比小于2．5的连梁很容易出现剪力和弯矩超过规范限值。《高规》规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在5―6之间时，若连梁刚度不折减则也容易出现剪力或弯矩超限。本人认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价也有非常明显的影响，即将跨高比不大于5的连梁(刚度需折减)和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁(刚度不折减)，而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，能节省工程投资。

1.3 楼层层间最大位移与层高之比(位移)的调整原则。指规范规定多遇地震作用标准值产生的楼层最大的弹性层间位移在计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形。对于一般的高层建筑，重点是楼层间的剪切变形及扭转变形。剪切变形的控制是以竖向构件的多少来决定的，但竖向构件足够多(剪重比偏大)而布置不合理，则会造成扭转变形过大，同样不能满足层问位移的要求。因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。

2．剪力墙结构设计中的基本概念及其分类

2.1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[1]。所以，在剪力墙的设计中要求将其设计成延性弯曲型。

2.2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。

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。

2.2.4 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。

3．对剪力墙中连梁设计

3.1连梁的作用

在剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连梁产生内力，同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用，改善墙肢的受力状态。因此，连梁对于剪力墙结构尤为重要，在起到连接墙肢作用的同时，还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。抗震结构中出现塑性铰的部位应作为加强部位。而剪力墙顶层、楼电梯间墙等不宜作为加强部位，这样作的目的是对塑性铰部位可以有更明确的措施。

3.2 对连梁设计的处理方法

在带连梁的剪力墙设计中，连梁的跨高比和截面尺寸受到许多因素的影响，设计不当经常出现连梁承载力超限或连梁截面不符合设计要求的情况，设计时可从以下方面考虑。

4．认真分析剪力墙结构体系特点，采取有效措施优化结构设计

4.1剪力墙结构体系特点

作为建筑结构中不可或缺的构件，剪力墙有着自身独特的特点。在建筑的设计中，逐渐发现了剪力墙的优缺点，其具有承载力和平面内刚度大的优势，但是剪切变形相对来说较大，且平面外较薄弱，加上开动后剪力墙形式复杂多变，受力非常繁琐，这些都阻碍了建筑结构中剪力墙作用的有效发挥。

剪力墙在承受水平荷载和竖向荷载的能力方面都比较强大。其优点是侧向刚度大，并且整体性较好，水平力作用下的侧移相对较小，加上剪力墙设计中没有梁和柱等的外露与突出，所以非常方便房间的内部设置。但是其存在的缺点就是不能提供大空间的房屋[6]。

历次震害的数据为剪力墙结构刚度的比较提供了有效资料。数据显示，刚度较大的剪力墙结构通常情况下震害较轻，但是这个度是有限定的，并不能为所欲为的无限制扩大。在剪力墙的结构设计中，其具有很多优点，但是工程造价相对来说较高一些。所以在优化设计中要充分发挥其抗侧能力等一些优点，并尽量减少其工程费用，这样才能使剪力墙的功能发挥的恰到好处。

4.2剪力墙优化设计的有效措施

在优化剪力墙结构的设计中，为了使受力达到均衡，应当采取有效恰当的措施。剪力墙结构的安全可靠度非常好，每一个结构能够同时发挥最大作用，这样能够达到经济合理的目的。所以在剪力墙的优化设计中首先应该考虑到工程的造价和安全性，结合这两项因素合理调整剪力墙的布置能够促进建筑结构设计中剪力墙结构的优化。

另外，为了节省工程造价，可以从技术手段和原材料的应用两方面着手。在工程的实施中，将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是优化设计的最佳方案。

5．结语

总之，随着高层建筑的不断发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出了更高的要求，而剪力墙在一定程度上满足了这些高要求。在对剪力墙结构设计进行有效分析的过程中，我们应重视其基本概念的设计，认真把握设计中遵循的各项原则，合理选用有效的长度和宽度，使设计达到最佳的效果。只有这样才能保证建筑结构经济安全，有效降低工程成本，促进整个工程建设的持续稳定发展。

参考文献：

[1]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J]. 黑龙江科技信息, 2011.

[2]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工,2011.

[3]揭林.高层剪力墙结构设计与施工技术分析[J].黑龙江科技信息,2010.