浅析建筑剪力墙结构设计

浅析建筑剪力墙结构设计

潘金兵

何旭明

惠州电力勘察设计院有限公司广东省惠州市516001

摘要：结构在当代建筑结构设计中已经被越来越广泛的采用。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。在高层建筑不断发展的需求下，如何在设计层面满足建筑的样式创新、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。文主要对建筑中剪力墙结构设计进行分析。

关键词：建筑；剪力墙；结构设计

引言

随着经济和社会发展的需求，以及城市人口密度的持续增长，高层住宅建筑正逐渐成为城市建筑的发展趋势，也是城市现代化的象征。对剪力墙结构的研究具有重要的理论和实践意义，它能够为高层建筑的抗震性和经济性提供重要的指导。对同一建筑而言，不同的结构墙体布置，其经济指标差异很大，主要是混凝土用量和建筑的钢含量的差距很大。

1、剪力墙结构的特点

剪力墙是一种好的抵抗水平荷载的墙。剪力墙因为可以有效抵抗水平荷载，所以在总体的墙面结构上就有以下特点：抗侧刚度大，侧移小；室内墙面较为平整：结构自重大，吸收地震的能量大；一般剪力墙的墙肢截面高度与厚度之比很大，在水平荷载的作用下，通常抗剪刚度起控制作用，故其耗能较差。所以它常常应用在层数较多（20层以上）的高层建筑中，当剪力墙洞口较小时，剪力墙整体性能比较好，剪力墙截面弯曲破坏极限承载力可以按照全截面抗弯计算。另外，使用剪力墙结构，会给室内较框架结构简洁，没有露梁与露柱的现象，外形也美观，便于室内布置。但也存在着缺点，比如剪力墙结构的抗侧刚度大，就会引起比较大的地震反应，使得上部结构和基础费用增加；由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，进而造成浪费；剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率均较低，使得结构延性较差。

2、剪力墙的布置

2.1剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜分别联结在一起，应尽量拉通、对直，以具有较好的空间工作性能；抗震设计时，应避免仅单向有墙的结构布置形式，宜使两个方向侧向刚度接近，两个方向的自振周期宜相近。剪力墙平面布置应尽可能做到规则，避免过大的扭转效应。

2.2剪力墙的侧向刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构自重，增大结构的可利用空间，剪力墙不宜布置得太密，使结构具有适宜的侧向刚度；若侧向刚度过大，不仅加大自重，还会使地震力增大，对结构受力不利。

2.3剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变；允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向刚度沿高度逐渐减小。剪力墙沿高度不连续，将造成结构沿高度刚度突变，对结构抗震不利。

2.4细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免发生脆性的剪切破坏。因此，当剪力墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的若干独立墙段，每个独立墙段可以是整截面墙，也可以是联肢墙，墙段之间宜采用弱连梁连接（如楼板或跨高比大于6的连梁），因弱连梁对墙肢内力的影响可以忽略，则可近似认为分成了若干独立墙段。此外，当墙段长度较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，而且墙体的配筋又能充分地发挥作用，因此墙段的长度不宜大于8m。

2.5剪力墙洞口的布置，会极大地影响剪力墙的力学性能。为此规定剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，能形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用的计算简图较为符合，设计结果安全可靠。

3、剪力墙厚度确定

剪力墙墙肢截面比较适宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，其门窗洞口最好成列布置、上下对齐，形成明确的连梁和墙肢。避免使墙肢的刚度相差悬殊洞口设置，在抗震结构设计时，一、二、三级的抗震等级剪力墙底部要加强部位最好不要使用错洞墙，二、三级抗震等级的剪力墙均不可以采用叠合错洞墙。《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸具体规定如下：“按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1／16，且不应小于200rnm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／20，且不应小于160mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部要加强部位不可以小于层高或剪力墙元支的长度1／20，且不应小于160mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／25，且不应小于180mm。”

4、设置边缘构件

对于那些剪力墙，暗柱的配筋必须要满足规范要求最小的配筋率，还要加强区0．7％，一般的部位为0．5％。对于那些短肢的剪力墙，也要控制在配筋率的加强区1．2‰一般部位为1．O％；对小墙肢其受力性能也比较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1．2％，一般部位1．0％；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。

5、竖向荷载问题研究

在建筑结构设计中，随着建筑物高度的增加，竖向荷载的作用逐渐退居次要地位，而水平荷载作用则上升为丰要的控制地位。然而，通过对上述两幢框一剪结构建筑物的内力分析发现，框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大，水平位移值也较大。因此，在框一剪结构设计中，竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。

5.1应尽量减少竖向荷载的偏心作用对结构产生的不利影响。由于框架的轴向变形引起的水平位移与剪力墙弯曲变形引起的水平位移不一致，使框架和剪力墙之间存在着相互作用的水平力，从受力的角度分析，若忽略了竖向荷载所引起的框架与剪力墙间的水平力变化，对剪力墙来说是偏于安全的，而对于框架来说是偏于不安全的。

5.2结构计算时，不同的加载模式对结构内力有一定的影响。在实际工程中，竖向荷载是逐层增加的，框架与剪力墙间的轴向变形差异，均在施工时逐层给予调整。而在结构电算时，如果将竖向荷载一次加在结构上，就会使得柱与剪力堵的轴向变形差异较实际情况增加，从而引起某些构件的内力与实际情况不符。因此，设计时应根据加载情况对构件截面及内力予以调整。

6、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。如果剪力墙想更好地发挥其刚度大、外形美观等优点，并又想克服自身结构上的缺点，那其关键就全在于设计。

参考文献：

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[2]GB50011－2010，建筑抗震设计规范[S].

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