关于剪力墙结构设计相关问题的探讨

周忆复

常州常工建筑设计有限公司



关于剪力墙结构设计相关问题的探讨

周忆复

常州常工建筑设计有限公司

本文从剪力墙结构所具有的特点出发，分析了其在房屋建筑工程中的设计要点，同时针对存在的问题提出了相应的优化措施，以供参考。

剪力墙结构；结构设计；要点；问题；措施

前言

剪力墙结构是建筑工程设计中常见的一种形式，与传统结构形式相比，其更好地解放了室内空间，安全性与可靠性方面具有更大优势。但是从其应用整体效果来看，还存在一定不足。

1 剪力墙结构的概念及特点

1.1 剪力墙结构概念

剪力墙结构，即承载各种负荷带来的各种横向力和纵向力时，主要运用钢筋混凝土板而非过去的框架结构，而且能有效控制结构的横向力。剪力墙结构在目前的建筑工程结构设计中被大量的使用。

1.2 剪力墙结构特点

剪力墙结构与传统框架结构相比，具有更高的稳定性与安全性，施工效果更佳。从建筑工程建设现状来看，卧室与客房空间环境比较小，结构上存在较多的分间，可以选择用现浇剪力墙结构的方式，将承重墙与隔间墙进行合并处理，进而解放出更多的空间。但是剪力墙结除了以上稳定性高、经济性高等优点外，也存在一定缺点。例如剪力墙结构抗侧刚度比较大，在遭遇地震作用时，会加大对地震作用的吸收，对建筑结构造成不利影响；另外，剪力墙结构大部分为构造配筋，此种设计方式与框架结构相比配筋率更低，会对结构延展性造成一定影响。

2 房屋建筑工程剪力墙结构设计要点

2.1 连梁超限调整

剪力墙结构设计应控制好剪力与弯矩值，将其最大值控制在专业规范内，其中结构连梁跨高比应在2.5以上，否则弯矩、剪力很大，配筋困难，一般我们可以通过调整连梁折减系数得到解决。按照设计规范分析，当跨高比大于5，如果连梁刚度也在此范围内时，不得采取折减设计方式。针对此种情况，在面对工程实际施工时，可以合理利用此项内容进行适当调整，可以节省钢筋与混凝土用量，对降低工程造价具有重要意义。

2.2 剪重比调整

建筑工程剪力墙结构的设计，需要结合其所具有的特点，《建筑抗震设计规范》5.2.5条规定：结构任一楼层的水平地震剪力应符合剪重比要求，因为对于某些长周期结构即自震周期大于3.5秒的结构，计算水平地震作用可能偏小，所以规范规定了最小剪力值以保证结构体系的安全。首先，如果底部出现的不满足剪重比要求低的层数从地下室顶板算起小于楼层总高度的15%，可以适当放宽要求；其次，底部出现的不满足剪重比要求的层数若大于15%，如果与规范限值差异不大我们可以采用PKPM软件中的地震放大系数来调整，以达到规范目的；最后也是最彻底的方法就是重新调整结构竖向构件的布置方案，增加整体的侧向刚度，以减小结构周期，从而加大结构水平地震作用。

2.3 周期比调整

对于小高层建筑工程的剪力墙结构设计，以扭转为主的第三自振周期以及以平动为主的第一自振周期比需要满足在0.90以下。确保能够最大程度上提高整个结构抗侧力构件布置效果的合理性，避免出现过大扭转效应。另外，对于建筑工程剪力墙结构的实际设计，应尽量沿着建筑周边进行布置（有条件的情况下可做转角墙，避免在角部出现一字墙），增加周边刚度，降低结构中间构件的刚度，以起到调整结构整体刚度的效果。

3 剪力墙结构设计所存问题与优化措施

3.1 连梁结构设计优化

剪力墙连梁结构的设计，要求其两端均与剪力墙平面内相连接，跨高比不得高于5。当以提高建筑工程结构设计功能性效果为目的时，可以选择用墙肢与连梁结构组合的方式且必须要做好剪力墙结构刚度与强度的控制。结合实际情况来分析，采取措施来避免出现剪切破坏问题，墙肢与连梁结构的组合设计应遵循强剪弱弯的原则，并且要确定连梁结构屈服在墙肢结构屈服前。

（1）连梁刚度折减。剪力墙连梁结构跨高一般都比较小，相应的在水平力作用下很容易产生较大的内力，这样当连梁结构屈服时就会出现裂缝病害，同时会降低结构刚度。针对此种特点在对结构进行设计时，就需要从结构整体计算阶段，对结构刚度进行折减处理，即计算内力与位移时，对所有构件采用弹性刚度计算，而对于剪力墙连梁结构刚度计算则可以进行折减处理，并且折减系数应控制在0.55以上一般工程取0.7。

（2）连梁跨度。在对连梁结构进行折减处理后，很多时候仍然会出现连梁正截面受弯承载力不够的问题，针对此种情况，在设计时可以采取扩大洞口宽度的方式，来降低连梁的刚度，减小地震作用对结构造成的影响，提高结构设计安全性与稳定性。

3.2 剪力墙长度优化

对于剪力墙结构来说，在对其进行设计时，规范对其温度伸缩缝有明确要求，当结构位于室内或者土中时间距最大为45m，露天环境时最大间距为30m。但是当剪力墙结构过长时，则需要对温度伸缩缝的间距进行适当的调整，结合常见问题进行综合分析，来确定最终设计方案。剪力墙结构刚度比较大，这就决定了其所处环境一旦温差较大就会产生收缩变形，在加上墙体结构与对楼面、屋面存在较大的约束，如果剪力墙结构产生收缩变形会更容易形成裂缝，对结构稳定性影响比较大，并且处理起来难度较大。并且剪力墙结构水泥用量大，以及混凝土强度不断提高，施工后结构弹性模量增加，将会产生更大的约束拉力和更多的裂缝。因此在对剪力墙结构进行设计时，针对超长结构问题需要重点研究，例如出现与使用功能要求相差甚远的情况，并且不允许超长建筑设置永久缝时，可以选择对结构添加预应力的方式进行处理，同时还可以结合设计构造措施、施工措施等进行综合完善。

3.3 剪力墙转角窗优化

建筑工程结构模式的多样化，使得结构平面体型各不相同，很多住宅建筑外墙角位置会要求设置转角窗，而对于剪力墙结构设计来说，此部位也是重点设计环节。因为在此位置设置转角窗，会降低结构整体抗扭刚度与抗侧力刚度，并且会造成临近洞口墙肢、连梁内力加大，出现明显的扭转效应，降低了建筑结构工程的抗震性能。在进行设计时，B级高度以及9级设防A级高度高层建筑不得在转角位置设置角窗，而对于8度以及8度以下级设防A级高度高层建筑在设置转角窗时，需要确保洞口上下位置对齐，结合实际需求来控制洞口宽度以及连梁高度，并加设配筋还可以在楼板中增设暗梁，提高结构整体性。

4 结束语

总而言之，对建筑工程剪力墙结构进行设计时，需要结合工程结构特点，对存在的问题进行分析，确定各类问题发生的原因，有针对性的来采取措施进行优化，降低各项因素对工程结构的影响，争取不断提高结构设计的合理性，提高工程建设综合效果。

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