建筑工程設計中的剪力墻結構設計分析

周 超

(湖南農業大學工學院，湖南 長沙 410128)

建筑工程設計中的剪力墻結構設計分析

周 超

(湖南農業大學工學院，湖南 長沙 410128)

介紹了建筑工程設計中剪力墻結構的類型，根據剪力墻結構設計的計算原則，從結構布置、約束邊緣構件、連梁設計、延伸性處理等角度論述了剪力墻結構設計方法，使剪力墻結構設計滿足科學合理的要求。

剪力墻，結構，設計，建筑

建筑工程剪力墻結構在整個建筑工程中占據關鍵地位，因為剪力墻結構不僅能提高建筑物剛度，抗震能力，而且能減少對建材的使用，控制建筑設計、施工成本。剪力墻結構設計具有一定的技術性和專業性，必須明確不同環節、不同部位的設計重點，掌握科學的設計理念，從而打造出科學合理的剪力墻結構設計，提高剪力墻整體的質量水平。

1 剪力墻結構的分類

1)開洞或非開洞剪力墻。其面積在15%以下，類似于懸壁墻，彎曲型變形，彎矩圖不僅無彎點，而且幾乎不能出現突變現象。2)開口較小的剪力墻。開口大小一般占整個剪力墻面積的15%，同樣為彎曲型變形，墻肢整體上無反彎點，但是彎矩圖的定位會突變。3)雙、多肢剪力墻。通常開洞很大，而且洞口按照一定順序排列，具有同小開口剪力墻相似的受力模式。4)壁式剪力墻。此類剪力墻有著較大的開口，剪切型變形，受力方式同框架構造類似。一般用于高層樓房時，其容易有反彎點及突變現象。

2 剪力墻結構設計的計算原則

1)調整樓層間的最小剪力系數。通常來說，為了提高建筑物的抗震能力，應該盡量減少剪力墻的數量，然而，必須確保短肢剪力墻能夠承受40%以上的建筑物底端地震傾覆力矩，為了達到這一目標，應該選擇大開間剪力墻，這樣才能確保建筑物結構的側向剛度，使得建筑物各個樓層的最小剪力系數走向規定的科學范圍，從而提高建筑物的牢固度，也控制工程成本。2)調整樓層間最大位移和層高比例。一般來說，建筑物設計的關鍵與核心體現在樓層與樓層之間的設計，這其中主要包括：扭轉變形與剪切變形。對于剪切變形一般通過合理掌控豎向構件的數量達到設計目標，因為，如果豎向構件太多，則可能引發剪重比過大，影響設計質量，甚至會使扭轉變形也超出合理范圍，這樣樓層間的位移就不合理。因此，實際設計中必須控制扭轉變形。3)調整剪力墻連梁超限。為了保證連梁的剪力、彎矩都處于合格范圍，就要盡量使剪力墻連梁的跨高比在2.5以上。當跨高比大于5時，應該依照框架梁的標準設計連梁；當跨高比趨向于6時，如果連梁剛度保持不變，則可能使剪力、彎矩都大于規定范圍。因此，必須積極對連梁超限做出科學調整，從而提高設計水平，減少工程建設投資。

3 建筑工程剪力墻結構設計分析

1)剪力墻平面結構布置。要本著整體化的理念來設計剪力墻平面結構，確保結構規則、對稱。當剪力墻缺少規則、平整的平面結構，且其長、寬都超出了規定范圍時，則需設計溫度伸縮縫，這樣才能從整體上維護剪力墻結構安全，提升其抗扭轉能力。為了有效提升剪力墻的抗震性能，實際設計時就需要有效平衡剪力墻的重量重心與結構剛度重心的關系，減少二者的偏差。還需要注意的是，設計者必須盡量控制單向形式的設計，以主軸為標準，進行雙向或多向的平衡設計，維持剪力墻承載力的整體平衡，應該合理地加大剪力墻之間的距離，以此來保證其側向剛度得到有效發揮。2)垂直結構的布置。一般來說，垂直受力構件的頻繁轉換，容易破壞樓房的垂直剛度，特別是地震來襲時，垂直受力構件就將首當其沖受到影響。所以，必須重點把握好剪力墻轉換層垂直結構的剛度。這其中要重點控制轉換層的傳力模式，確保從上到下的傳力路徑一致、直接，防止出現水平方向的多級轉換，控制轉換次梁的出現。同時，不要在轉換梁上層墻體以及中間支柱中開孔設洞，以此來強化其豎向承重能力，而且要積極夯實轉換層下端剪力墻剛度，同時，應該把垂直抗側力構件設計在轉換層主體結構中，這樣才能預防多級轉換，確保傳力方式的一致，進而從整體上維護剪力墻垂直結構的牢固度與穩定性。3)約束邊緣構件。剪力墻的邊緣構件能否得到有效約束，會在很大程度上影響其承載力，通過約束邊緣構件，能夠有效提升剪力墻的承載力，達到40%以上，增強剪力墻抗震能力，達到20%以上。所以，實際的剪力墻結構設計過程中，必須參照各個等級的剪力墻軸壓比，選擇合適的邊緣構件。如果是Ⅰ，Ⅱ級的剪力墻，在底部加強部位方面，其同Ⅲ，Ⅳ級非抗震設計的軸壓比低于規范標準時，則適合增設構造邊緣構件。相反，如果其底部加強部位同承受重力載荷的墻體的軸壓比超出規范標準，則適合增設約束邊緣構件。4)剪力墻連梁的設計。連梁是剪力墻結構中非常關鍵的組織部分，具體體現在：當剪力墻遭受水平荷載時，會導致墻肢變形，這樣連梁就會憑借自身的內力來控制墻肢的變形，從整體上維護剪力墻的安全。因此，實際設計過程中，必須處理好連梁的設計。實際的連梁設計中，經常出現超筋現象，特別是長度較長的剪力墻，其中間區域最容易出現超筋現象，或者墻肢截面高度參差不齊時，其連梁也可能有超筋問題。對于這一問題，應該通過以下方式加以解決：第一，對剪力墻連梁彎矩、剪力塑性加以調整；第二，參照現實狀況，積極控制連梁截面高度；第三，如果連梁破壞，剪力墻豎向的載荷也不會有太大變化情況下，可以嘗試不用連梁，而是計算出在普通地震力作用下，獨立墻肢的結構內力，再對應的科學地進行墻肢配筋。5)延伸性處理。為了提高剪力墻結構的牢固度與穩定性，必須確保其設計體現出一定的延伸性，針對延伸性的設計與處理也要提高剪力墻的承載力、承受能力，可以通過均衡布置、對稱設計、上下自然連通等形式來提高剪力墻的支撐能力，這樣才能切實確保剪力墻的設計質量。6)強度與性能的優化處理。建筑剪力墻結構必須具有一定的強度和優勢性能，參照我國在建筑領域的 相關規定,建筑工程剪力墻無論在水平方向，還是豎直方向，其配筋率必須達到合格標準。例如：非抗震或4級抗震，配筋率大于0.20%,相反，建筑物的抗震等級為1，2，3級時，設計的配筋率不小于0.25%，這樣才能全面提高建筑物性能與抗震能力。這其中設計者也需要嚴格依照混凝土結構設計以及抗震設計等的規定，來有效提升剪力墻截面承載力，使其大于40%，其突破口為有效控制剪力墻邊緣構件的數量，從而提升建筑物的整體抗震性能。

4 結語

建筑工程剪力墻結構設計需要不斷地探索與發現，既要立足于建筑物整體，把握好關鍵部位、關鍵環節的設計，又要注重細節的考慮，掌握科學的設計理念，從而打造出科學合理的剪力墻結構設計，維護剪力墻整體的質量水平，進而提升建筑物的整體設計質量，維護居民安全。

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[3] 孫雪蘭.淺談高層剪力墻結構的優化設計[J].山西建筑，2010，36(24)：58-59.

[4] 梁潤柏.在建筑結構設計中剪力墻結構的應用分析[J].中國房地產業，2013(4):125-126.

On analysis of design for shearing wall structure in architectural engineering design

Zhou Chao

(CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China)

The paper introduces the types of the shearing wall structures in architectural engineering design, and indicates the design methods for the shearing wall structure from the structural allocation, confined boundary elements, coupling beam design, extensibility treatment, so as to ensure the wall to meet the scientific and reasonable requirements in the shearing wall structural design.

shearing wall, structure, design, building

2015-05-27

周 超(1993- )，男，在讀本科生

1009-6825(2015)22-0046-02

TU318

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