剪力墙结构在建筑结构设计的应用

摘要：社会经济的快速发展促进了建筑尤其是高层建筑行业的发展，高层建筑业已成为城市建筑的发展趋势。钢筋混凝土剪力墙结构的抗侧刚度大、整体性好、经济指标佳，在现阶段的高层住宅结构设计过程中的应用较为广泛。对剪力墙结构及其设计过程中必须验证遵循的基本原则进行了分析，就剪力墙的布置及剪力墙结构计算等方面进行了简要阐述。

关键词：剪力墙；高层住宅；钢筋混凝土；结构计算

建筑工程项目施工建设过程中所应用的剪力墙结构，实际上就是将原建筑框架结构利用性能良好的钢筋混凝土墙板对其替代，并以此来承担建筑物荷载，这有利于对建筑结构水平力产生制约作用。简单而言，即利用钢筋混凝土材料制成的墙板替代原建筑水平、竖向荷载的墙体。从应用效果来看，无论是技术性，还是经济性，剪力墙都有巨大的优势。在实践中，为了能够有效节省建筑成本投入，采用剪力墙结构能够有效应用于高层建筑工程项目，如果某建筑项目中应用的剪力墙过多，则剪力墙与筒体之间就会汇合在一起。值得一提的是，虽然我国建筑领域大量使用了剪力墙，但建筑墙体无法全部利用该种结构，以免会对建筑质量造成影响。

1建筑中的剪力墙结构

严格意义上来讲，剪力墙又被称为抗震墙或结构墙，其中，主要部分是钢筋混凝土。在建筑结构设计过程中，采用剪力墙结构能够抵抗自重、使用荷载以及风荷载和地震力造成的水平及竖向力荷载。就高层剪力墙而言，其主要是以剪力墙结构作为主承受结构，支撑水平和竖向上的荷载和压力。

2设计原则分析

在建筑尤其是高层建筑住宅结构设计过程中，剪力墙是必不可少的部分，该种结构具有抗侧刚度大、施工操作方便简单等优势。从剪力墙本身结构来看，其刚度相对较大，小震范围内可保持一定的弹性；如果震作用相对较大，则连梁耗能以后就会有效吸收地震剪力，然后屈服，在塑性铰的作用下使其协调变形，从而降低剪力墙结构刚度，地震作用也因此而减小。在结构优化设计过程中刚度较大时，地震抵抗能力就会越强。在实践中可以看到，剪力墙无限增加，虽然可以增强结构刚度，但是也会增加自身的质量，进而使地震作用扩大化。在这种情况下，建筑工程项目施工建设费用和成本就会大幅度提升。因此，剪力墙结构经济性与刚度关系的处理是提高设计质量的关键所在。具体而言，在结构墙建设以及布设过程中，平面上的各个方向应当保持均匀，而且竖向上的构件切忌中断；查看剪力墙结构试算结果，使结构的位移角接近规范限制，充分发挥剪力墙的抗侧向刚度；核查计算结果，应当能够有效满足周期要求以及规范位移要求，其核查底部的剪力值应当处在合理范围之内。上述操作的主要目的在于达到结构刚度合适、工程造价合理的目的。

3剪力墙结构的布置

建筑剪力墙结构设计的过程中，首先应当满足基础要求，尽可能地减少该种结构的应用数量，对其长度进行严格控制，并尽可能地使其满足平面以及竖向上的规则。同时，还要适量减少边缘构件的应用量，然后通过优化布设数量相对较少的建筑剪力墙，却获得了满足规范要求的抗侧以及抗扭刚度。在布设剪力墙结构时，其基本步骤是：①中部弱，四周弱。在剪力墙结构布设中，应当最大限度地在外围护墙布设，其结构位置尽量少用剪力墙布设，以此提高高层建筑主体抗扭刚度。②刚度沿高度均匀变化。墙厚应当按照建筑高度均匀变化，并且对其轴压比进行严格控制，最大限度地减少刚度突变（高度方向上的变化）。实践中，为了能够有效满足建筑底部位置的剪力抵抗客观要求，提升墙体的抗震性和稳定性，在底部位置需适当加大墙体的厚度。③多采用L、T以及十字形等类型的墙肢。在剪力墙布设的过程中，应当充分考虑其连续转折，优化布设小墙垛，以免对边缘构件造成不利影响。④各墙肢轴压比宜相近。在计算竖向荷载以后，确保墙肢轴压比值接近，规范规定的轴压比限值相差不大，减小地震力和自重。⑤整体布设剪力墙结构。在布设施工过程中，应当保持连续性，使剪力墙形成一个完整的体系，增强结构抗侧刚度。⑥梁、板优化布设。在布设楼层梁时，应确保梁传力路径明确、简洁，应尽可能地避免出现多重传递等现象。总而言之，合理、完整剪力墙布置应当多布置外围墙，剪力墙间必须有梁贯通，结合平面图，使建筑需求与结构构件结合在一起。

4剪力墙结构分析

4.1试算分析

以典型建筑平面标准层为基准，建立一个初步的模型，根据层高和层数进行简单组装，不考虑地震作用先计算荷载，然后将墙肢轴压比计算出来，使各墙肢轴压比值达标，然后将剪力墙的厚度估算出来。同时，通过优整轴压比值，对剪力墙长度、墙体厚度和建筑混凝土强度等级进行适当调整。

4.2计算调整

在试算模型的基础上，调整模型使层间位移角满足规范要求。如果局部刚度偏弱，则可以通过局部增设剪力墙和加大墙厚的方式来解决。如果周期比以及位移比等无法有效满足要求，则应将剪力墙周边改成框架梁，并适当提高连梁的高度，从而使结构的外围刚度得以增强；减少剪力墙中部位置的布置量，使连梁高度降低，从而有效延长剪力墙的平动周期，使位移比、周期比得以优化调整；对结构振型曲线进行适当调整，确定位移最大点，适当进行结构加强。

5计算中存在问题的处理方式

在实践中可以看到，采用连梁加高方式进行处理的效果并不理想。因此，我们可以采用洞口宽度扩大、梁截面减小等方式，有效增大剪力墙连梁跨高比，使其所承担的地震力得以转移。如果梁的调整比较困难，则可降低梁弯剪刚度，然后对其进行适当调整。通过小墙垛消除等方式，可以有效避免超筋、计算失真等现象出现。短肢剪力墙数量在剪力墙总数量中不宜过多，以免因局部结构构件承受地震力破坏屈服后，导致二道防线无法发挥其作用。

6结束语

建筑剪力墙结构由于其具有的优点，目前，在高层建筑结构设计中得到了较为广泛的应用。作为设计人员，应该了解剪力墙结构的相关理论，遵循结构设计基本原则，准确把握设计要点。只有这样，才能有效发挥建筑剪力墙的作用。

参考文献

［1］曹鹤.基于绿色建筑的高层剪力墙结构优化设计［J］.长安大学，2015（05）.

［2］冯中伟，刘宜丰.贵州职称高层剪力墙住宅结构优化设计［J］.建筑结构，2010，40（09）.

［3］李飞林.房屋建筑框架剪力墙结构主体工程的施工技术探究［J］.河南建材，2016（09）.

作者：周任 单位：汉嘉设计集团股份有限公司

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