建筑剪力墙结构设计思路及其应用实践

邢 华

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030001)

建筑剪力墙结构设计思路及其应用实践

邢 华

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030001)

依据建筑剪力墙结构设计原则，对剪力墙尺寸与外形设计、连梁设计、大墙肢优化处理、边缘构件优化设计等进行了研究，分析了各环节的关键技术，为确保建筑工程的质量提供了条件。

剪力墙，结构，优化设计，建筑

建筑工程的顺利施工是以建筑结构设计为基础，同时建筑结构设计更是整项工程的重点工作内容，且在一定程度上保证着建筑结构的耐久性、实用性和安全性。随着经济水平的增高，近年来人们对建筑结构设计有着更高的要求，而剪力墙结构具有良好的抗震性能、安稳性等优势，是多层或高层建筑设计的必然选择，剪力墙结构对建筑结构整体性、耐久性等方面的提高有着促进作用，剪力墙别称结构墙、抗风墙或抗震墙，是构筑物内主要承受地震作用或风载荷引起的水平载荷的一种墙体。其结构特点显著，被广泛应用到建筑结构设计各个方面，特别是高层建筑结构设计中最为常见。但由于建筑结构设计要求及形式不同，对剪力墙的各种要求也具有差异性，因此，建筑剪力墙结构在设计过程中，设计人员首先应遵循建筑结构的设计原则，再结合自身经验作为参考进行设计。

1 建筑剪力墙结构设计原则

在设计建筑剪力墙结构时，设计人员务必要遵循相应的设计原则，并且在设计过程中要严格执行这些设计原则。在设计剪力墙结构的过程中，首先需注意墙宽与墙高问题，通常在设计中墙面过大，而厚度过小往往最易发生，这种结构将造成建筑受力问题。同时剪力墙结构设计时，有效区分开建筑内剪力墙与柱的作用，保证厚度与肢长间的比值，若比值小于3则设计柱，若比值大于3则才可设计剪力墙。剪力墙设计要综合考虑承受竖向和水平面的压力。作为建筑物内的一个平面构件，在剪力和弯矩综合作用下剪力墙需要承受巨大的作用力，剪力墙应保证强度具有一定的延性，且能够满足在水平力作用下的相关要求。在使用剪力墙过程中，基于一个平面内剪力墙所受刚度和承载力最大，因此，相对来说平面外的承载力和刚度就较小。值得注意的是，剪力墙连接平面外的梁时，在平面外墙肢一定会造成弯矩情况，故必须采取相应的防范措施进行防范，才可保证剪力墙平面的安全。设计剪力墙中设计方面的计算至关重要，无论是在水平力还是竖向力作用下，都应整体分析结构，确保设计出的墙体能够同时承受荷载和压力。计算剪力墙的过程中，剪力墙与宽度之间的距离是关键因素，设计人员需做全面充分的分析。与此同时，设计剪力墙结构的过程中，就楼层间还应考虑最小剪力系数，系数应通过公式Vbj=V1j+βvV2j进行计算。我国相关规定指出房屋在施工中必须降低自重，但其抗震性能更应严格保证。但是就普通剪力墙结构而言，短肢剪力墙结构抗侧刚度相对较小，故设计时需考虑布置一定数量的长墙，或是利用电梯在楼梯间形成大刚度内筒，一方面避免结构在设防烈度下发生较大变形，另一方面以便形成良好的两道抗震设防。并以此为基础，采取大开间处理剪力墙，增加剪力墙侧向刚度，工程成本支出控制方可体现合理性。最后，严格控制剪力墙结构的数量，民用建筑最多4个，政府类及其他需4个以上，若是剪力墙数量安排过多，易导致其真正作用难以发挥，超出工程成本支出，故在数量选择上必须根据工程实际，并全面分析建筑自重和短肢剪力墙刚度，将剪力系数控制到最小，进而合理控制剪力墙的数量。

2 建筑剪力墙结构设计实践应用

2.1 把握剪力墙尺寸与外形

把握剪力墙尺寸及外形，能促进剪力墙结构设计方案和比例的最优化。由于一般墙体结构设计不同，剪力墙结构设计无论是竖直方向还是水平方向的刚度和荷载分布皆不相同，其墙肢截面高度必须保障为墙厚的8倍多，方能最大限度满足剪力墙荷载传递要求。剪力墙结构欲保障最大的稳定性，外形设计选用T形或L形最佳，其主要在于这两种方案中任意一种，皆可实现墙体重量的有效减轻，减小剪力墙结构的外形体积，促进剪力墙侧向刚度的提升，并且还可更好的控制建筑工程项目的成本。但在剪力墙结构应用过程中需注意，剪力墙两个方向中至少要保证其中之一符合标准，另一个也不能过短，两者差额最起码应控制在1 m以内，进而避免出现配筋现象。

2.2 优化剪力墙连梁设计

剪力墙连梁即墙肢与墙肢间相互连接的梁，墙肢受压一旦发生变形或超筋问题，建筑质量与有效寿命将受到极大影响。优化剪力墙连梁设计主要有三方面：1)剪力墙连梁应适当降低高度，其高度需根据建筑工程实际控制在一定范围内，以防由于尺寸问题导致连梁剪切发生变形现象。2)剪力墙结构塑性严格控制，适当调整剪力墙连梁弯矩的抗震设计。3)若在可控制范围内荷载过量产生影响时，应准确把握连梁受力情况，即通过反复计算连梁受力情况，并根据不同程度实施与之相应的对策。此外，一旦出现剪力墙结构超筋或位移问题，施工单位必须采取行之有效的措施，将其严格控制在施工规范要求范围内，同时，连梁问题可利用铰接方式进行处理。

2.3 剪力墙大墙肢优化处理

优化剪力墙设计关键在于保证剪力墙良好的延展性，也是优化其设计的重要工作内容之一，由于剪力墙结构比较特殊，宽与高相比小于2，其柱体呈细高状，所以，要确保剪力墙剪切破坏程度降低，剪力墙还应转变为弯曲状。剪力墙需保证足够高的高度，首先应执行均匀分段工作，再利用开洞技术将完整剪力墙分为独立小墙段，保证剪力墙在弯曲过程中能够有效减少裂缝，进而发挥出剪力墙支撑的作用。若剪力墙结构高于8 m，有可能在地震时受巨大剪力作用，而导致大墙肢损伤。故可利用计算洞或施工洞方式处理超过8 m的大墙肢设计，当工程竣工后，坑洞必须利用混凝土结构砌体填补。

2.4 剪力墙边缘构件优化设计

优化剪力墙边缘构件的设计主要包括两种方法，约束构造边缘构件和约束边缘构造，在具体应用中这两种方法区别较大，但最终目的都是保证剪力墙边缘构件的合理性。实质上，约束边缘构件就是指依据施工规范相关要求，明确剪力墙墙肢长度和箍筋配箍的特征值，但要注意纵向钢筋范围必须大于规定要求的阴影面积。约束边缘构件主要是针对暗柱、端柱、翼墙等，通常由于剪力墙刚度较小易导致层间位移，故为避免这一现象，则需要通过搭建相关结构进行约束。同时，根据建筑工程项目施工特点，还可适当增加暗柱和端柱的截面尺寸和配筋，进而达到优化剪力墙边缘构件设计的目的。

3 结语

在设计剪力墙结构的过程中，不仅要遵循各项设计要求和原则，更应立足于实际设计剪力墙结构，保证各楼层间的稳定性，促使整个建筑工程更加稳定，以便有效提高建筑工程整体的抗震抗灾强度，在面临灾难之时确保建筑物的安全，给使用者提供更可靠的安全保障，满足社会发展实际需求，为构建和谐社会做出卓越贡献。

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On design ideas for architectural shearing structures and application

Xing Hua

(ShanxiAcademyofArchitecturalDesign,Taiyuan030001,China)

According to the design principle for the architectural shearing wall structures, researches the shearing wall sizes and outline design, coupling beam design, optimal treatment of large wall column, and optimal design for edge members, and analyzes the key techniques in different steps, so as to ensure the quality of the architectural projects.

shearing wall, structure, optimal design, architecture

2015-06-29

邢 华(1980- )，女，助理工程师

1009-6825(2015)25-0056-02

TU318

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