剪力墙结构在建筑结构中的设计探究

剪力墙结构在建筑结构中的设计探究

崔存森

身份证号码：130923199201180575

摘要：剪力墙结构是指由剪力墙组成的承受竖向和水平荷载的结构。与传统的框架结构不同，剪力墙结构在水平荷载作用下通常表现为弯曲变形，其抗震性能和承载能力更强，这在很大程度上提高了整体建筑结构的稳定性和安全性。剪力墙结构设计的过程中，设计人员需要全面了解剪力墙结构整体性能好，刚度大，在水平荷载作用下变形小的特点，熟悉剪力墙结构设计与应用的流程，才能发挥剪力墙结构的最大优势。

关键词：剪力墙结构；建筑结构；设计探究

引言

新时代的来临带动了建筑行业的整体发展，对于一般的多层建筑而言，水平荷载（如地震作用和风荷载）较小，结构整体比较稳定，不需要使用剪力墙。但如今土地资源紧张，高层建筑才是当代建筑的发展趋势，才是城市建设的主流，对于高层建筑而言，剪力墙几乎是结构必备。设计人在结构设计过程中，应充分了解项目概况，合理划分结构单元，结合建筑功能布置剪力墙，才能最大限度发挥剪力墙结构的优点，确保剪力墙结构在设计应用过程中的科学性。

1.剪力墙结构概述

剪力墙结构作为建筑结构设计中常见的结构形式，与传统的由梁板柱组成的框架结构不同。剪力墙结构主要依靠钢筋混凝土墙来承担结构的竖向荷载和水平作用，剪力墙的宽度和高度都比较大，在墙体的平面内具有非常高的抗侧刚度，尤其在抵抗地震作用和风荷载的时候能够展现出良好的承载能力和整体性能，因此剪力墙又称“抗震墙”或“抗风墙”。由于剪力墙的厚度比较小，一般在200mm至300mm左右，墙体平面外的刚度非常低，故剪力墙宜沿X轴和Y轴两个方向布置，且两个方向的抗侧刚度不宜相差太大。设计人在进行结构设计时，应根据项目的规模，结合建筑功能与使用要求，合理地选择剪力墙的布置，以保证结构的稳定性和安全性。

剪力墙的墙厚通常与建筑填充墙一致，不会有框架柱突出室内而影响建筑使用功能，在保证良好承载能力的同时，可以高效利用建筑空间，因此高层建筑的结构选型大多是剪力墙结构。但是剪力墙的间距有一定的局限性，且剪力墙通长自下到上连续布置，在平面上的布局比较僵硬，因此对于需要大面积的公共建筑来说是不适宜的。框架-剪力墙结构应运而生，其特征如下：区别于传统结构体系，框架-剪力墙结构自身并不是一个单一的结构形式，而是框架结构与剪力墙结构的有机结合。框架-剪力墙结构既可构成灵活的大空间满足建筑功能的需要，又能保留剪力墙结构的变形特点提高结构整体的抗震和抗风能力，减少结构位移，便于实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计理念。

2.剪力墙结构在建筑结构中的设计探究

2.1结构选型与剪力墙布置

剪力墙结构设计的过程中，设计人员需要综合分析多种不同的因素，包括建筑功能与规模、建筑高度、自然条件、地质条件、周边水文情况以及设计荷载等，并结合当地施工工艺确定合理的结构方案及墙体布置。剪力墙如同嵌固于基础上的悬臂结构，承受地震作用与风荷载，因此除了具备足够的刚度，剪力墙还应满足往复循环下的变形能力。剪力墙的墙体布置，不能仅停留在满足规范要求的基础上，还需要通过概念设计保证整体结构的科学性。墙体的平面布置应均匀对称，使两个主轴方向的刚度接近，避免放大地震效应，造成结构严重扭转，在平面角部尽量选择L形墙肢以提高抗扭刚度。墙体的竖向布置应自下而上通高设置，墙厚应均匀变化，使竖向刚度逐步减小，避免发生突变。设计阶段，结构设计师应与建筑设计师密切配合，避免造成建筑平面与立面的严重不规则，从而实现方案合理、技术先进、安全经济等要求。

2.2剪力墙的平面外弯矩

在下列情况下，剪力墙均会受到面外弯矩：1）楼面或屋面有梁连接到剪力墙面外时，梁端支座弯矩会对剪力墙面外产生影响；2）当有地下室，剪力墙兼做地下室外墙与土接触时，会受到室外土的侧压力从而产生弯矩；3）剪力墙兼做人防外墙、临空墙或人防区与非人防区的隔墙时，受到人防等效荷载作用，将产生面外弯矩；4）剪力墙与单向板的受力边连接时，墙体面外会受到板端传来的弯矩。尽管剪力墙的抗压能力和抗侧能力很强，但在平面以外的承载力相对较弱，设计人员在剪力墙设计时应科学地控制面外弯矩，合理设计剪力墙连接部位。在实际工作中，可以根据项目具体情况，采取以下措施：1）在剪力墙楼层位置设置水平暗梁增加结构的整体性，梁宽可与剪力墙厚度相同，梁高一般取梁宽的两倍；2）增加剪力墙的厚度，提高竖向钢筋配筋率，增强其抵抗水平荷载的能力；3）剪力墙与单向板连接时，将连接位置设计成简支端支座，使面外弯矩降到最低；4）建模计算时考虑实际传力路径，根据计算结果配筋，通过设置扶壁柱或边缘构件的方式抵抗面外弯矩。

2.3边缘构件与连梁设计

剪力墙的承载能力具有明显的方向性，因此在墙肢两端或者墙洞两侧都会设置边缘构件进行加强，抵抗平面外弯矩的同时，提高结构极限承载力与耗能能力。边缘构件的常见形式有暗柱、端柱和翼墙，边缘构件又分为约束边缘构件与构造边缘构件。在抗震能力上约束边缘构件比构造边缘构件更强，配筋要求也更严格，约束边缘构件多用于抗震等级较高的部位，如剪力墙底部加强区。边缘构件可以提升剪力墙与建筑物之间的契合性，保证两者相互衔接的同时，提升建筑结构整体的抗震效果。

在剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的混凝土梁称为连梁。连梁的刚度很大，跨高比通常比普通框架梁要小，在水平荷载下剪力墙发生弯曲变形而使连梁产生很大内力。在剪力墙与连梁协同工作，共同抵抗水平荷载的过程中，剪力墙墙肢应具有足够的刚度和强度，以分担连梁的内力。设计过程中，对于不满足要求的连梁可以采取以下方式解决：1）连梁刚度折减，进行整体结构计算时，可以对连梁刚度进行折减，以减小连梁内力，折减系数一般取0.5—1之间；2）增大连梁截面提高承载能力，但是随着截面增大，连梁刚度也会增大，分担的内力同样随之增大；3）设置交叉斜筋、对角斜筋或者对角暗撑，通过配置斜向钢筋，提高连梁的抗剪承载力；4）提高混凝土强度等级，从而提高混凝土的抗剪强度。

2.4剪力墙厚度与配筋

剪力墙结构设计的过程中，设计人员需要加强对剪力墙厚度的控制。就目前的情况看，大部分剪力墙的厚度设计严重不合理，设计人员没有考虑到建筑结构的空间布局，从而导致设计缺乏科学性。墙体配筋率必须遵循国家规范与行业标准，通常情况下结构抗震性能要想达到目标要求，应该将墙体配筋率调整为0.25%，有些特殊部位调整为0.3%甚至更高。设计时应结合剪力墙布置对墙厚与配筋进行合理控制，从而做到安全适用、经济合理。

3.结束语

总而言之，随着中国城镇化加速，高层建筑越来越多，剪力墙结构的应用越来越广泛。设计人员需要加大对建筑整体及各部分的分析力度，结合建筑结构特点，优化剪力墙结构的设计。同时控制剪力墙的布置、厚度与配筋，确保起到提高建筑结构稳定性的作用，最大限度发挥剪力墙结构使用的科学性。

参考文献

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