浅析剪力墙结构设计在结构设计中的应用

摘要：当前社会发展中，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。

关键词：剪力墙；结构设计；结构理念

中图分类号：TU398+.2文献标识码：A文章编号：

前言

剪力墙在建筑中具有结构刚度大、整体好、抗震性强等特点而被广泛应用到建筑结构设计中。剪力墙在应用中具有很多优点，得到了开发商和业主的普遍欢迎。在应用中，要认真分析剪力墙，以提高剪力墙结构的综合利用率，更好的促进建筑事业的发展。

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.建筑结构设计中的结构理念

在建筑结构的设计中，建筑质量的好坏主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。相对而言，建筑设计是一项繁重而又责任重大的工作，直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。如果在设计的过程中，我们对其建筑的结构设计不采用剪力墙，就需要考虑以下方面来进行设计：

2.1柱、梁截面应合理：由位移、轴压比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，连续跨梁截面宽度宜相同。柱截面应每隔3层左右收小一次，以节约投资，每次收小时应每侧不小于50mm，以方便支模，也不宜大于200mm，以免刚度突变，最上段（顶上几层）可用300mm×300mm（应满足计算要求）。收小柱截面，也可相应增加使用面积。混凝土强度等级：宜≥C25（留有余地），柱梁宜同，变柱截面处不变混凝土强度等级，以免刚度突变。

2.2柱设计。纵筋配筋率不宜大于5，纵筋配筋率大于3时对箍筋直径、间距、弯钩有要求，也可焊成封闭环式，抗震设计时不应大于5，纵筋净间距应≥50mm，抗震设计时，截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm. 一个截面宜一种直径，宜对称配筋，方便施工，自己设计也简单；钢筋直径不宜上大下小。强柱弱梁，纵筋不要太小，除一、二层框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。在建筑结构设计中要充分来考虑具体情况，方便施工。

3.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

3.1剪力墙截面厚度

在建筑结构设计中之所以会规定剪力墙的最小厚度，是为了保障剪力墙平面之外的刚度以及稳定性能。当墙肢平面外出现与之相交的剪力墙的时候，可以将其视为剪力墙的支承，这样一来就有利于保证剪力墙平面外的刚度和稳定了。因此在确定墙肢的最小厚度的时候，应该按层高以及无支长度两者的较小值来计算。有关规范规定：在非抗震设计时，剪力墙的最小厚度不应该小于层高或者无支长度的1/25，并且还要大于160mm。而在抗震设计时，底部加强区在一、二级抗震等级时不宜小于1/20，并且大于等于160mm；三、四级抗震等级时不小于1/20，且大于等于160mm。其他各层在一、二级抗震等级时，不能小于层高或者无支长度的1/20，且大于等于160mm；在三、四级抗震等级时不小于1/25，且大于等于160mm。分隔电梯井或管道井的墙应大于等于160mm。

3.2剪力墙结构设计中混凝土的强度等级

剪力墙结构混凝土强度等级不宜低于C20；而带有短肢剪力墙和筒体的剪力墙结构的混凝土强度等级不宜低于C25。

3.3设置构造边缘构件和约束边缘构件

剪力墙一般在一、二级抗震的一般部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的时候，剪力墙的墙肢端部应该设置构造边缘构件；在一、二级抗震的底部加强部位以及其上一层的墙肢端部应该设置约束边缘构件。

3.4只有确定了竖向分布钢筋的最小配筋率，才能防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力。另外，如果想进一步防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏，那么就必须规定水平分布筋的最小配筋率。一般剪力墙的竖向和水平分布筋的配筋率为：一、二、三级抗震等级时不宜小于0.25%，四级抗震等级及非抗震等级时为0.2%，间距不应大于300mm，直径不应小于8mm，也不宜大于墙肢厚度的1/10。

3.5剪力墙连梁超筋的处理

连梁超筋在剪力墙结构设计中是一种常见现象，常言道：防范于未然，所以连梁配筋时就务必应该满足以下要求：

3.5.1连梁上下纵向受力钢筋伸入墙内的锚固长度抗震设计时不应小于aEl，非抗震设计时不应小于al，且不应小于600mm。

3.5.2在抗震设计的剪力墙中，沿连梁全长箍筋的构造要求应采用框架梁端加密区箍筋构造要求；在非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径应不小于6mm，间距不大于150mm。

3.5.3在顶层连梁锚入墙体的钢筋长度范围内，应该配置间距不大于150mm的箍筋，构造箍筋的直径与该连梁的箍筋直径要相同。

3.5.4截面高度大于700mm的连梁，在梁的两侧面应该设置纵向构造钢筋（腰筋），沿高度间距不大于200mm，直径不应小于10mm。另外还应该将墙面的水平分布钢筋拉通。

3.5.5在跨高比不大于2.5的连梁中，梁两侧的纵向分布筋（腰筋）的面积配筋率不应低于0.3%，且应将墙肢中的水平钢筋拉通连续配置，以加强剪力墙的整体性。

3.5.6一、二级剪力墙底部加强部位跨高比不大于2，墙厚大于等于250mm的连梁，可采用斜向交叉配筋，以改善连梁的延性。

如果出现剪力墙连梁超筋的现象，一般有以下三个处理方法：一是想法设法地减小连梁的截面高度；二是在抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可以进行塑性调幅；三是当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响的时候，方可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，再按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下进行结构内力分析，最后墙肢应该按照两次计算所得的较大内力进行配筋计算。

4.结语

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]陈崇冈.高层建筑剪力墙结构的设计要点[J].中国高新技术企业，2010.

[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.