建筑结构设计中剪力墙结构设计浅析

庞超

摘 要：随着我国建筑产业的不断发展，目前，对于12～30层的高层建筑，广泛采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理的剪力墙结构，其中剪力墙设计是建筑结构设计中一个重要内容，本文通过分析剪力墙的内涵、表现形式，商讨剪力墙体配筋设计。

关键词：建筑结构；剪力墙结构；配筋构造

引 言

随着科技水平的不断提高，我国建筑设计水平也更上一层楼。剪力墙整体性很好，本身的刚度较大，还具有良好的抗震性能，最重要的一点是价格低廉，达到了节省成本的目的，因而被广泛地应用于建筑结构设计中。如今，人们对建筑设计要求不断提高，设计人员只有不断优化剪力墙的设计，加大对剪力墙结构的研究，才能提高建设单位对建筑的满意度。

1 剪力墙结构的介绍

用钢筋混凝土的墙板代替原来建筑物中的框架结构，把建筑物产生的各种荷载作用于墙板上，称为剪力墙结构，这种剪力墙结构能够有效地制约建筑结构产生的水平力。为了节省资本的投入，采用剪力墙结构，因为剪力墙结构价格低廉，具有很好的经济性，在我国高层建筑中，剪力墙结构被普遍的应用。

2 剪力墙结构的表现形式

2.1 无洞单肢剪力墙

无洞单肢剪力墙实际上是一竖向悬臂构件，立面上没有任何洞口，在受到水平压力时，其弯曲变形的能偏离程度对平截面的假定，墻肢截面的正应力为直线分布，可以利用材料力学方法计算其内力和变形。

2.2 整体墙和小开口整体墙

这种类型的剪力墙与第一种剪力墙的实质一样，仍然是一个悬臂构件，其墙面上只有很小的洞口，几乎没有影响。这种墙的正应力呈直线分布，其横截面的变形在平面的假定的范围内，这就是整体强。当开洞稍大一些，墙体可能引起局部弯曲，其墙肢应力不超过整体弯曲应力的15%时，墙肢截面的变形就不会超出平面的假定，其应力可以应用材料力学方法来进行计算，然后加以修正，这种墙叫小开口整体墙。

2.3 联肢墙

联肢墙是由许多受弯构件连接在一起的。建筑墙体上有许多洞口，竖向排列，这些洞口在外墙上表现为窗口，而在建筑的内部，门或走道是其表现形式。在实际设计中，窗户、走道、门等将一片整墙分开，由连梁或楼板连接的墙肢，就称为联肢墙。

2.4 短肢剪力墙

短肢剪力墙是一种抗侧力构件，近年来在我国兴起，它的优点是保留了异形柱不凸出墙面，克服了异形柱抗震性能不理想的缺点，严格限制了轴压比，由于是新型的剪力墙形式，专业人士正在研究其力学性能、破坏形态、抗震性能以及设计方法等，以期能够更好地利用此种新型剪力墙。

2.5 框支剪力墙

框支剪力墙，又名柱支剪力墙，是指当底层需要大空间时，采用框架结构来承受上部剪力墙的压力。形式分为常截面和变截面两种，也可以采用斜柱和V形柱来表示。根据建筑设计的要求，来决定使用单层的和多层的部框架。

2.6 开有不规则洞口的剪力墙

应建筑使用上的要求，墙体上会开设不规则的较大洞口，这无疑会给建筑质量带来不利的影响，尽量不要采用。当必须采用这种剪力墙时，为了减轻不规则开洞带来的较大应力，可以用刚度小的材料填塞这些洞口，也可以设置一些连续性较强的暗柱暗梁，分散压力。

3 剪力墙结构设计及计算的优化措施

剪力墙具有很强的抗震能力，在对剪力墙结构设计过程中，第一振型的底部是地震倾覆力矩的位置，剪力墙墙体所承受的地震倾覆力矩要大于结构承受的地震倾覆力矩1/2，剪力墙在建筑设计的数量一定要适量，剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。

3.1 严格控制连梁超限

与剪力墙相连的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小，截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此，高层建筑在水平力作用下，连梁的内力往往很大。设计时，即使采取了降低连梁内力的各种措施，如：加大剪力墙的洞口宽度；在连梁中部开水平缝，在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减，对局部内力过大层的连梁内力进行调整等。而设计、构造不当将会造成结构在抵抗水平力时的强度、刚度不符合要求，进而影响承受竖向荷载的能力。在剪力墙结构设计中，连梁的跨高有着严格的规定，跨高比应该大于或等于2.5，如果采用低于2.5的连梁，就会严重超出限值，容易造成剪力墙的弯矩过大。还有一种情况，采用跨高比大于或等于5的连梁，宜按照框架梁设计，其连梁的刚度不能随意折减。

3.2 剪力墙和平面外梁不宜相连

平面内刚度和承载力大是剪力墙结构的突出特点，而平面外刚度和承载力相对较小，因此，应避免剪力墙和平面外的梁相互连接，如果相互连接，墙肢平面外就会发生弯矩，在实际结构设计时，为了避免弯矩现象的发生，要尽量避免剪力墙与平面外的梁进行搭接。

3.3 以主轴为中心，向四周延伸

为了提高结构整体刚度，要以主轴方向作为中心，尽量不要设计单方向的剪力墙，宜双向甚至多向的向四周延伸，应保证数量相当和布置均匀。

3.4 墙体配筋设计探讨

墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏，同时起到抵抗温度应力防止混凝土出现裂缝，设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加，特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。

墙的竖向钢筋主要起抗弯作用，目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋；但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋，笔者认为竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋，墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距？芨300mm，也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度，对抗震不利。

4 结 语

综上所述，对于一个结构设计者来说，首先应从概念和结构形式整体特性上把握全局，其次遵循现行规范要求的计算方法计算，最后根据工程实际情况对结构构件进行构造设计补充。

参考文献

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