解析建筑結構設計中剪力墻結構的運用

丁建光

中城投集團第六工程局有限公司 安徽蚌埠 233000

隨著城市化建設的腳步不斷加快，城市人口也大幅增加，由于城市用地緊缺，在建設的過程中通常會采用高層建筑來來解決這一問題。為了確保高層建筑的穩定性，通常在設計的過程中對建筑的整體抗震效果有了更高的要求。由于剪力墻結構具有抗側剛度大、抗震性能好等特點，因此在建筑結構設計中得到了廣泛的應用。所以在建筑結構設計的環節中，應該注重剪力墻結構的設計[1]。

1 剪力墻結構基本概念

剪力墻又稱抗震墻，一般截面高度與厚度之比為大于8。剪力墻結構是指以剪力墻為主要承重構件的結構形式。剪力墻結構具有剛度大、整體性好以及承載力高等優點。科學合理的設計有助于穩定建筑的基本結構，更好地增加建筑物的承載力，降低因為地震、臺風等外在自然力的破壞。從當前的情況來看，目前的建筑結構可以分為以下幾種類型，他們依次是框架、混合以及剪力墻等結構。在所有的結構中，剪力墻結構在高層建筑中應用的最廣泛。究其原因，主要是這種結構具有較高的承載力，能夠抵抗來自不同方向的荷載作用。在設計剪力墻結構時，鋼筋混凝土是使用最多的建筑材料。

2 剪力墻結構的設計

2.1 計算參數的取值

計算時應選取足夠的震型數，對于B級高度的高層建筑和復雜高層建筑，考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應，振型數不應小于15，對多塔樓結構的振型數不應小于塔樓數的9倍，且計算振型數應使各振型參與質量之和不小于總質量的90%。設計時，若有效質量系數不能滿足規范要求，可通過增加計算震型數進行調整。

考慮到高層剪力墻結構中的填充墻本身具有一定的剛度，對整體結構的地震作用有一定放大作用，因此需對高層建筑結構的計算自振周期進行折減，剪力墻結構周期折減系數一般為0.8～1.0。

地震力沿不同方向作用時，結構地震反應的大小也不一樣，結構地震反應值最大的即為最不利地震作用方向。當計算出的最大地震力作用方向大于15度時，應考慮最不利地震作用方向的影響。

當采用剛性樓板假定時，在分析中應考慮樓板對梁剛度的貢獻，可通過梁剛度放大系數來近似考慮。梁剛度放大系數Bk看一般取值為1.0～2.0，兩側均與剛性樓板相連的中梁的剛度放大系數為Bk,只有一側與剛性樓板相連的梁的剛度放大系數為（1+Bk）/2[2]。

2.2 平面布置

剪力墻的布置應遵循均勻對稱的原則，盡量沿主軸方向雙向布置，兩個方向的側向剛度不宜相差過大，使剪力墻的剛度中心和重力中心能夠吻合，以此減少扭矩；盡量減少一字型的短肢剪力墻的布置，雙向的更有利于結構的穩定性；較長的剪力墻應選擇采用開洞口的方式，將墻體劃分成幾段；避免錯洞墻的設計，因為目前尚沒有很簡便的方法來分析；對平面形狀凹凸較大時，盡可能在凸出部分的端部附近布置剪力墻。

2.3 剪力墻連梁設計

剪力墻連梁是指兩端都與剪力墻相連，跨高比小于5的梁。在側向力作用下，連梁比較容易出現些裂縫，設計時應遵循強墻肢弱連梁、強剪弱彎的原則。由于與連梁相連的墻肢剛度比較大，內力也很大，連梁首先屈服，梁端出現裂縫，剛度隨之減弱，內力進行重分布，因此在進行結構設計時就需對連梁剛度進行折減。當連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不滿足要求時，可采取增加洞口寬度，以減少連梁剛度，降低地震作用的影響；對于跨高比小的高連梁，可以設置水平縫形成雙連梁實現彎曲破壞，還可以增加交叉暗柱或設置斜向的交叉構造鋼筋來改善連梁的受力性能。

2.4 剪力墻邊緣構件設計

剪力墻的邊緣構件分為構造邊緣構件和約束邊緣構件，為了能使剪力墻結構發揮其自身特點，邊緣構件的設計十分重要。在設計過程中，應嚴格根據不同抗震等級及剪力墻底部軸壓比選擇合適的邊緣構件，并在約束邊緣構件和構造邊緣構件之間設置過渡層，避免剪力墻剛度及承載力的突變，改善結構的延性，提高結構的抗震性能。對于構造邊緣構件縱向鋼筋的配置，應滿足最少鋼筋根數、最小鋼筋直徑、最小配筋率的要求。

2.5 剪力墻墻肢設計

剪力墻墻肢高厚比大于8時，為一般剪力墻，墻肢高厚比為5～8時，為短肢剪力墻，墻肢高厚比小于4時，按框架柱設計。一般剪力墻墻肢較長，抗側剛度大，能承受很大的水平力及豎向荷載，因此設計中應優先布置一般剪力墻；短肢剪力墻因墻肢較短，有利于住宅布置，可以減輕結構自重，但其抗震性能不如一般剪力墻，其數量不宜過多。因此，在結構設計中，應多布置一般剪力墻盡量少采用短肢剪力墻。

在設計剪力墻結構時，剪力墻的截面厚度需按規范要求進行墻體穩定性進行驗算，對于一、二級剪力墻：底部加強部位不應小于200mm，其他部位不應小于160mm ，一字形獨立剪力墻底部加強部位不應小于220mm，其他部位不應小于180mm；三、四級剪力墻：不應小于160mm，一字形獨立剪力墻的底部加強部位尚不應小于180mm；對于短肢剪力墻，其截面厚度除了滿足上述要求外，底部加強部位尚不應小于200mm，其他部位尚不應小于180mm[3]。

剪力墻的配筋應滿足計算要求，為了防止混凝土墻體在受彎裂縫出現后立即達到極限受彎承載力，配置的豎向分布鋼筋必須滿足最小配筋率要求；同時，為了防止寫裂縫出現后發生脆性的剪拉破壞，水平分布鋼筋也必須滿足最小配筋率要求。剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率，一、二、三級時均不應小于0.25%，四級和非抗震設計時均不應小于0.20%。剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的間距均不宜大于300mm，直徑不應小于8mm。剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的直徑不宜大于墻厚的1／10。

3 結語

在我國經濟迅速發展的階段，自然會促進建筑工程的迅速崛起和壯大。在這樣的背景下，剪力墻也會在建設的過程中得到廣泛應用，從而提升高層建筑的整體質量和結構的穩定性。