簡析剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

摘要：在經濟建設快速發展的形勢下，城市化進程的步伐逐漸加快，由此在建筑設計中，高層超高層成為了住宅建筑的發展趨勢。在建筑結構設計中，剪力墻是現代建筑設計師比較常用的一種方式，在建筑的結構設計中發揮了重要的作用。文章對于剪力墻的結構設計作出了相關的闡述，對我國的建筑業發展有重要的促進作用。

關鍵詞：剪力墻；結構設計；連梁設計

剪力墻結構在我國建筑結構設計中的應用，能夠有效的降低建筑物結構發生側移的幾率。如果遇到地震，建筑會由于自身結構的承載能力不足而出現倒塌，這就給人們的生命安全和財產造成了極大的威脅。在建筑結構的設計中使用剪力墻結構，不僅能夠提高建筑物結構的承載能力，而且還能夠提高整個建筑物的穩固程度，在針對建筑抗震設計的規定中有明確的要求：在建筑物的結構設計中，充分考慮建筑物抗震結構的設計，以保證建筑物具備良好的抗震性能。

1、剪力墻概述

根據剪力墻上的洞口大小和開口方式，剪力墻可以分為：框支剪力墻、連肢墻、整體墻和開口整體墻（小開口或者不規則洞口）。剪力墻作為房屋建筑的一個構成部分，一方是分割和圍護作用，所以墻體結構布置必須滿足建筑平面功能和結構上的布局要求。結構優點是側向剛度比較大，然而剪力墻的功能特性決定了剪力墻間距的局限性，不滿足大空間大跨度建筑，所以靈活性較差，但是這種建筑的樓板一般是平板而不設置梁柱，所以在層高上具有優勢，較適合于住宅建筑。

2、剪力墻結構設計的基本原則

既要滿足剛度要求又要具有很強的變形性能和延性。剪力墻結構中，墻體會承受多方面的力度，既有水平剪力和彎矩，還承擔豎向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復合狀態下工作，因此，設計時候一般都是設計為延性彎曲型。既可以增加抗震性能，又可以防治脆性剪切造成破壞。

剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態接近于柱，而與柱的區別主要是其肢長與厚度的比值，當比值≤3時可按柱設計，當比值在3到5之間時可視為為異形柱，按雙向受壓構件設計。

剪力墻在設計時候要盡量避免平面外搭接，實在避免不了時應按規范采取相應措施，以保證剪力墻平面外安全。

墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，求得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。

3、剪力墻結構方案的選擇

建筑剪力墻的設計方案有很多種，在確保建筑工程結構安全的前提下，應該選用合適的結構形式，達到最大限度地降低工程的造價。尤其是在初步設計階段，應該選擇合適的剪力墻結構體系，選用恰合適的建筑材料、當的構件截面尺寸，這都將在很大程度上降低工程造價。

層數較少的建筑可以采用短肢剪力墻結構體系，對于層數在20層以下的住宅建筑若采用傳統的現澆剪力墻結構，由于墻體多為構造配筋，各墻肢的實際軸壓又一般會比計算值偏小，就會導致墻體的承載力不能充分發揮出來，而采用短肢剪力墻結構，就可以很好地解決這些問題，在7度區層數小于20層的高層住宅建筑采用短肢剪力墻結構可以將結構頂點周期、位移、水平地震剪力等控制在合理范圍以內，將部分的混凝土墻用磚墻替換，減輕墻體自重，既加大了結構的延性，提高結構的抗震性也使得工程費用隨之降低。當建筑物的層數超過20層時，最好還是采用傳統的現澆剪力墻結構，層數過大的建筑結構中若再采用短肢剪力墻結構，那么就會使得結構剛度不夠，結構底部的剪力系數也會較低，層間位移與頂點的位移值就很有可能超出規范要求，結構的安全性偏低。

在框支剪力墻高層建筑結構中，上部結構其實也可以采取短肢剪力墻結構。框支剪力墻結構中，為了降低上下層的剛度變化，采用適當減少剪力墻剛度的短肢剪力墻結構，比加大下層剛度的方法，明顯具有良好的經濟效益。

4、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

4.1 剪力墻合理定位

剪力墻的平面布置應本著盡可能均勻、對稱的原則，盡量使墻面結構的剛度中心和質量中心完全重合，從而減少扭矩。而內外剪力墻應盡量拉通、對直。剪力墻肢截面宜簡單、規則。

4.2 剪力墻中連梁設計的處理

在剪力墻結構設計中，如果有連梁設計，那么一定要掌握好連梁的設計比例，在跨高以及截面的尺寸方面一定要計算好規格。因為如果連梁的設計不合理，在跨高和截面上不符合設計的要求，那么在受到水平荷載的作用力下，將會超出連梁的承受極限，引發安全事故。所以在對連梁進行設計時，為了保證其標準，可以從如下方面進行考慮。

4.2.1 對連梁的剛度進行折減

連梁由于跨高比較小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內力往往很大，連梁屈服時表現為梁端出現裂縫，剛度減小，內力重分布。因此，在開始進行結構整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。

4.2.2 適當增加剪力墻的厚度

增加剪力墻的厚度，即增加連梁的截面寬度，其結果一方面由于結構整體剛度加大，地震作用產生的內力增加，另一方面連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。

4.2.3 提高混凝土等級

提高剪力墻的混凝土等級，其彈性模量增加的比例遠小于混凝土抗剪承載力提高的比例，因此也有可能使連梁的抗剪承載力不超限。

4.3 剪力墻結構的墻體配筋

控制剪力墻配筋有利于結構安全及工程的經濟性，因為對于剪力墻結構而言，剪力墻面廣量大。剪力墻墻體配筋通常是把豎向鋼筋放在內側，而把水平鋼筋放在外側，配筋必須滿足計算及規范提議的最小配筋率。若采用了雙向鋼筋網片，迎水面保護層厚度至少可取值為30mm，大大節省了墻體配筋。

5、建筑剪力墻結構設計中需要注意的問題

5.1軟件運用問題

高層建筑的剪力墻不免要用到計算機進行輔助設計，在運用相關軟件的同時要根據具體的情況來設置模型。工作人員要能夠調整軟件中的各項參數，以此來反映實際的施工情況，要最大限度地使軟件所計算出的結果與實際的模型相統一。設計剪力墻的工作人員還要了解軟件中各項參數的實際意義，只有這樣才能夠合理地設置參數。另外，實際的工程施工不能夠完全依賴計算機計算出的結果，也不能夠因為計算出的結果中某一部分出現了問題就把全部的結果認為是錯誤的，要在軟件的實際應用中找到其產生誤差的原因，逐步積累經驗和教訓，這樣才能使高層建筑的剪力墻設計更加安全、合理。

5.2結構細部的構造措施

雖然高層建筑的剪力墻具有很好的抗側力性能，但是地震的運動存在很大的不確定因素，我們要有意識地設計剪力墻，以提高其總體的抗震性能，特別是對控制的薄弱層采取有效的措施，使其不會因為地震而造成損害。在強大的地震力的作用下，高層建筑的剪力墻很可能發生整體的彎曲變形，尤其是底部外圍的小墻肢很可能因其橫截面積過小和強大的扭轉力作用而發生嚴重的損壞，對原有的翹曲變形造成更大的影響，建筑平面的外緣會出現一字型的裂縫，然后是角點處的墻肢，其破壞也是最為嚴重的。所以，我們一定要采取有效的手段來提高剪力墻的抗震能力。

5.3剪力墻高度和寬度比控制要合理

由于剪力墻結構的高度和寬度往往較大，而厚度卻很小，這就形成了顯著的幾何特征，使得受力形態顯著的趨于柱子結構。但是，由于它與柱子結構的最大區別在于肢長和厚度之間存在著明顯的差異，當比值過小的時候往往可以按照柱體結構要求來設計。其次，在設計的時候墻體結構是一個平面構件，它沿著平面作用在承擔相應的水平應力、彎矩力之外，更是要承擔一定的豎向壓力，為此在設計中必須要滿足彈性、非彈性以及延性要求。

5.4我們在設計墻的時候，計算時要考慮到墻在重力和橫向延展力的結構下來進行分析計算的。我們在針對剪力墻承載能力的計算中計算帶翼墻的寬度按照門窗與洞口之間的翼緣寬度以及剪力墻之間的距離的最小值來取值，通常都是墻肢總高度的十分之一。

6、結語

隨著我國建筑行業的不斷發展，建筑整體的施工技術也得到了顯著的提高。在建筑結構的設計過程中，不僅需要綜合考慮建筑的使用功能，而且還要做好設計工作中的推陳出新。在滿足結構安全性的前提下進行設計，同時充分發揮剪力墻在在建筑整體中的作用，促進建筑結構設計的合理性，保證高層建筑的設計更加合理、更加優秀。在實踐的過程中，設計人員要進行不斷地創新和總結，針對設計中產生的問題進行認真分析，提高建筑工程中的剪力墻結構的設計水平，為我國建筑行業的發展提供更加強勁的動力。