簡析剪力墻結(jié)構(gòu)設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用

摘要：在經(jīng)濟建設快速發(fā)展的形勢下，城市化進程的步伐逐漸加快，由此在建筑設計中，高層超高層成為了住宅建筑的發(fā)展趨勢。在建筑結(jié)構(gòu)設計中，剪力墻是現(xiàn)代建筑設計師比較常用的一種方式，在建筑的結(jié)構(gòu)設計中發(fā)揮了重要的作用。文章對于剪力墻的結(jié)構(gòu)設計作出了相關的闡述，對我國的建筑業(yè)發(fā)展有重要的促進作用。

關鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設計；連梁設計

剪力墻結(jié)構(gòu)在我國建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用，能夠有效的降低建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)移的幾率。如果遇到地震，建筑會由于自身結(jié)構(gòu)的承載能力不足而出現(xiàn)倒塌，這就給人們的生命安全和財產(chǎn)造成了極大的威脅。在建筑結(jié)構(gòu)的設計中使用剪力墻結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高建筑物結(jié)構(gòu)的承載能力，而且還能夠提高整個建筑物的穩(wěn)固程度，在針對建筑抗震設計的規(guī)定中有明確的要求：在建筑物的結(jié)構(gòu)設計中，充分考慮建筑物抗震結(jié)構(gòu)的設計，以保證建筑物具備良好的抗震性能。

1、剪力墻概述

根據(jù)剪力墻上的洞口大小和開口方式，剪力墻可以分為：框支剪力墻、連肢墻、整體墻和開口整體墻（小開口或者不規(guī)則洞口）。剪力墻作為房屋建筑的一個構(gòu)成部分，一方是分割和圍護作用，所以墻體結(jié)構(gòu)布置必須滿足建筑平面功能和結(jié)構(gòu)上的布局要求。結(jié)構(gòu)優(yōu)點是側(cè)向剛度比較大，然而剪力墻的功能特性決定了剪力墻間距的局限性，不滿足大空間大跨度建筑，所以靈活性較差，但是這種建筑的樓板一般是平板而不設置梁柱，所以在層高上具有優(yōu)勢，較適合于住宅建筑。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)設計的基本原則

既要滿足剛度要求又要具有很強的變形性能和延性。剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻體會承受多方面的力度，既有水平剪力和彎矩，還承擔豎向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復合狀態(tài)下工作，因此，設計時候一般都是設計為延性彎曲型。既可以增加抗震性能，又可以防治脆性剪切造成破壞。

剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其肢長與厚度的比值，當比值≤3時可按柱設計，當比值在3到5之間時可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設計。

剪力墻在設計時候要盡量避免平面外搭接，實在避免不了時應按規(guī)范采取相應措施，以保證剪力墻平面外安全。

墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇

建筑剪力墻的設計方案有很多種，在確保建筑工程結(jié)構(gòu)安全的前提下，應該選用合適的結(jié)構(gòu)形式，達到最大限度地降低工程的造價。尤其是在初步設計階段，應該選擇合適的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，選用恰合適的建筑材料、當?shù)臉?gòu)件截面尺寸，這都將在很大程度上降低工程造價。

層數(shù)較少的建筑可以采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，對于層數(shù)在20層以下的住宅建筑若采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，由于墻體多為構(gòu)造配筋，各墻肢的實際軸壓又一般會比計算值偏小，就會導致墻體的承載力不能充分發(fā)揮出來，而采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，就可以很好地解決這些問題，在7度區(qū)層數(shù)小于20層的高層住宅建筑采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以將結(jié)構(gòu)頂點周期、位移、水平地震剪力等控制在合理范圍以內(nèi)，將部分的混凝土墻用磚墻替換，減輕墻體自重，既加大了結(jié)構(gòu)的延性，提高結(jié)構(gòu)的抗震性也使得工程費用隨之降低。當建筑物的層數(shù)超過20層時，最好還是采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，層數(shù)過大的建筑結(jié)構(gòu)中若再采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，那么就會使得結(jié)構(gòu)剛度不夠，結(jié)構(gòu)底部的剪力系數(shù)也會較低，層間位移與頂點的位移值就很有可能超出規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)的安全性偏低。

在框支剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)中，上部結(jié)構(gòu)其實也可以采取短肢剪力墻結(jié)構(gòu)?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)中，為了降低上下層的剛度變化，采用適當減少剪力墻剛度的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，比加大下層剛度的方法，明顯具有良好的經(jīng)濟效益。

4、剪力墻結(jié)構(gòu)設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用

4.1 剪力墻合理定位

剪力墻的平面布置應本著盡可能均勻、對稱的原則，盡量使墻面結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心完全重合，從而減少扭矩。而內(nèi)外剪力墻應盡量拉通、對直。剪力墻肢截面宜簡單、規(guī)則。

4.2 剪力墻中連梁設計的處理

在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中，如果有連梁設計，那么一定要掌握好連梁的設計比例，在跨高以及截面的尺寸方面一定要計算好規(guī)格。因為如果連梁的設計不合理，在跨高和截面上不符合設計的要求，那么在受到水平荷載的作用力下，將會超出連梁的承受極限，引發(fā)安全事故。所以在對連梁進行設計時，為了保證其標準，可以從如下方面進行考慮。

4.2.1 對連梁的剛度進行折減

連梁由于跨高比較小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減小，內(nèi)力重分布。因此，在開始進行結(jié)構(gòu)整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。

4.2.2 適當增加剪力墻的厚度

增加剪力墻的厚度，即增加連梁的截面寬度，其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加，另一方面連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。

4.2.3 提高混凝土等級

提高剪力墻的混凝土等級，其彈性模量增加的比例遠小于混凝土抗剪承載力提高的比例，因此也有可能使連梁的抗剪承載力不超限。

4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體配筋

控制剪力墻配筋有利于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟性，因為對于剪力墻結(jié)構(gòu)而言，剪力墻面廣量大。剪力墻墻體配筋通常是把豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)，而把水平鋼筋放在外側(cè)，配筋必須滿足計算及規(guī)范提議的最小配筋率。若采用了雙向鋼筋網(wǎng)片，迎水面保護層厚度至少可取值為30mm，大大節(jié)省了墻體配筋。

5、建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設計中需要注意的問題

5.1軟件運用問題

高層建筑的剪力墻不免要用到計算機進行輔助設計，在運用相關軟件的同時要根據(jù)具體的情況來設置模型。工作人員要能夠調(diào)整軟件中的各項參數(shù)，以此來反映實際的施工情況，要最大限度地使軟件所計算出的結(jié)果與實際的模型相統(tǒng)一。設計剪力墻的工作人員還要了解軟件中各項參數(shù)的實際意義，只有這樣才能夠合理地設置參數(shù)。另外，實際的工程施工不能夠完全依賴計算機計算出的結(jié)果，也不能夠因為計算出的結(jié)果中某一部分出現(xiàn)了問題就把全部的結(jié)果認為是錯誤的，要在軟件的實際應用中找到其產(chǎn)生誤差的原因，逐步積累經(jīng)驗和教訓，這樣才能使高層建筑的剪力墻設計更加安全、合理。

5.2結(jié)構(gòu)細部的構(gòu)造措施

雖然高層建筑的剪力墻具有很好的抗側(cè)力性能，但是地震的運動存在很大的不確定因素，我們要有意識地設計剪力墻，以提高其總體的抗震性能，特別是對控制的薄弱層采取有效的措施，使其不會因為地震而造成損害。在強大的地震力的作用下，高層建筑的剪力墻很可能發(fā)生整體的彎曲變形，尤其是底部外圍的小墻肢很可能因其橫截面積過小和強大的扭轉(zhuǎn)力作用而發(fā)生嚴重的損壞，對原有的翹曲變形造成更大的影響，建筑平面的外緣會出現(xiàn)一字型的裂縫，然后是角點處的墻肢，其破壞也是最為嚴重的。所以，我們一定要采取有效的手段來提高剪力墻的抗震能力。

5.3剪力墻高度和寬度比控制要合理

由于剪力墻結(jié)構(gòu)的高度和寬度往往較大，而厚度卻很小，這就形成了顯著的幾何特征，使得受力形態(tài)顯著的趨于柱子結(jié)構(gòu)。但是，由于它與柱子結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別在于肢長和厚度之間存在著明顯的差異，當比值過小的時候往往可以按照柱體結(jié)構(gòu)要求來設計。其次，在設計的時候墻體結(jié)構(gòu)是一個平面構(gòu)件，它沿著平面作用在承擔相應的水平應力、彎矩力之外，更是要承擔一定的豎向壓力，為此在設計中必須要滿足彈性、非彈性以及延性要求。

5.4我們在設計墻的時候，計算時要考慮到墻在重力和橫向延展力的結(jié)構(gòu)下來進行分析計算的。我們在針對剪力墻承載能力的計算中計算帶翼墻的寬度按照門窗與洞口之間的翼緣寬度以及剪力墻之間的距離的最小值來取值，通常都是墻肢總高度的十分之一。

6、結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑整體的施工技術(shù)也得到了顯著的提高。在建筑結(jié)構(gòu)的設計過程中，不僅需要綜合考慮建筑的使用功能，而且還要做好設計工作中的推陳出新。在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下進行設計，同時充分發(fā)揮剪力墻在在建筑整體中的作用，促進建筑結(jié)構(gòu)設計的合理性，保證高層建筑的設計更加合理、更加優(yōu)秀。在實踐的過程中，設計人員要進行不斷地創(chuàng)新和總結(jié)，針對設計中產(chǎn)生的問題進行認真分析，提高建筑工程中的剪力墻結(jié)構(gòu)的設計水平，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供更加強勁的動力。