解析建筑結構設計中剪力墻結構的應用

【摘要】隨著建筑結構設計水平的提升，研究剪力墻結構的應用凸顯出重要意義。本文首先對剪力墻結構做了概述，分析了剪力墻結構設計的原則。在探討剪力墻結構設計在建筑結構設計中應用的同時，提出了剪力墻結構的優(yōu)化措施。

【關鍵詞】建筑結構設計；剪力墻結構；應用

一、前言

作為一種應用面較廣的結構設計，剪力墻結構在近期得到了廣泛的應用。研究其應用的相關課題，能夠更好地提升其現狀水平，進而優(yōu)化整個建筑結構的設計。本文從概述剪力墻結構的相關內容著手本課題的研究。

二、剪力墻結構概述

剪力墻結構的主要施工技術原理就是利用現代技術化的墻體模板即鋼筋混凝土板來承受建筑墻體受到的各種內載壓力，從而更好的進行承載壓力的分擔將墻體所受到的壓力進行有效的控制，這比傳統(tǒng)的墻體中使用的梁柱載壓更安全、更有效。因為這種結構墻體在載壓原理上是將承載的豎向和水平方向的壓力進行分擔、削剪，因此從此結構原理進行分析則被稱為剪力墻結構。因為這種剪力墻結構具有良好的載壓性和較高的堅固性，因此在建筑設計中，尤其是高層建筑的墻體設計中被廣泛采用。

三、剪力墻結構設計的原則

1.建筑物樓層之間進行調整量小剪力系數的原則

為了減少建筑結構本身的重量，增強建筑承載地震的性能，在建筑施工過程中，需要盡量的減少使用剪力墻的地方，這就必須使用短肢種類的剪力墻負擔處在第一震型，底端的地震傾覆力矩要比剪力墻結構負擔的總底端地震傾覆力矩小百分之六十以上，把剪力墻墻體上進行大開間處置，可以提升剪力墻結構的傾向剛度。

2.調整建筑物樓層與樓層之間最大位移和樓層商之間的比例

建筑物在施工設計的過程中，樓層之間的彎曲處置也是一項非常重要的部分。如果建筑物的彎曲處置不合理，那么也將會影響到整個建筑的使用性能。對建筑物剪切彎曲的處置需要參照一定結構配件的數量來進行相應的控制，但是塑向結構配件數量過多的話，控制工作也很難進行，剪力墻的剪重比例也會相應的增大，這樣剪力墻的結構設計就達不到標準的要求，樓層和樓層之間彎曲的部分會逐步增加，整個樓層在長期使用后還會出現位移的現象。因此在進行剪力墻結構設計的過程中必須要嚴格的控制好樓層和樓層間的扭轉彎曲，這也是提高建筑穩(wěn)定性的基本保障。

3.調整剪力墻連粱超限的原則

剪力墻連梁超限的原則是在剪力墻結構建設的過程中建立起來的，由于剪力墻的跨高通常會出現超限的情況，這也就要求在剪力墻設計的過程中要做好剪力墻的連梁跨高，通常來說，剪力墻的結構設計標準中都會將剪力墻結構的連梁跨高設計在一定的范圍內，并且用框架梁的方式來進行剪力墻結構的建設。而如果剪力墻的跨高比在5-6的范圍內時，還要保證剪力墻的連梁剛度不出現波動，剪力墻的承載力和彎矩也要控制在一定的范圍內，這樣才能夠符合剪力墻結構設計的基本標準。

四、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

1.合理的平面設置

建筑結構中的剪力墻結構應該有合理的平面設置，結構設計過程中要以主軸為中心，向主軸方向和四周展開布置。布置剪力墻的平面時，要嚴格遵守對稱與均勻的原則，使建筑墻的每一面的質量中心與剛度中心重合，對每一面墻都應盡力做対直拉通處理，減小剪力墻的扭曲程度。剪力墻結構的抗側力剛度要控制好，不宜過大，為了充分發(fā)揮剪力墻的承載能力以及抗側力，增大空間利用率，剪力墻間的密度不宜過大。

2.剪力墻截面厚度

在建筑結構設計中之所以會規(guī)定剪力墻的最小厚度，是為了保障剪力墻平面之外的剛度以及穩(wěn)定性能。當墻肢平面外出現與之相交的剪力墻的時候，可以將其視為剪力墻的支承，這樣一來就有利于保證剪力墻平面外的剛度和穩(wěn)定了。因此在確定墻肢的最小厚度的時候，應該按層高以及無肢長度兩者的較小值來計算。有關規(guī)范規(guī)定：在非抗震設計時，剪力墻的最小厚度不應該小于層高或者無支長度的1/25，并且還要大于160mm。而在抗震設計時，底部加強區(qū)在一、二級抗震等級時不宜小于1/16，并且大于等于200mm；三、四級抗震等級時不小于1/20，且大于等于160mm。其他各層在一、二級抗震等級時，不能小于層高或者無支長度的1/20，且大于等于160mm。

3.設置構造邊緣構件和約束邊緣構件

剪力墻一般在一、二級抗震的一般部位以及三、四級抗震設計和非抗震設計的時候，剪力墻的墻肢端部應該設置構造邊緣構件；在一、二級抗震的底部加強部位以及其上一層的墻肢端部應該設置約束邊緣構件。

五、剪力墻結構的優(yōu)化措施

1.一般優(yōu)化設計措施

（一）剪力墻結構設計優(yōu)化

在剪力墻結構設計過程中，應當注重抗震的作用，盡量避免單向布置，按照雙向布置的原則，使受力方向的抗側剛度逐漸接近，形成一個良好的空間結構。利用空間的充足性，減輕結構的重量。剪力墻的門窗洞口要成列布置，墻肢截面簡單，與連梁分布規(guī)則，當出現錯洞或者疊合錯洞的情況下，腔內的配筋要形成框架的形式。由于剪力墻結構的抗側剛度受布置結構影響較大，如果出現突變的情況，對抗震非常不利，在對剪力墻進行結構設計時，要堅持從上到下連續(xù)布置的原則，改變墻體的厚度和混凝土的強度等級，減小側向沿高的高度。

（二）剪力墻結構計算優(yōu)化

在剪力墻結構計算方面進行優(yōu)化時，應當遵循樓層最小剪力系數的調整原則與連梁超出限值的調整原則，以及樓層最大位移和層高之比的調整原則\"結構扭轉為主的第一自振周期和以平動為主的第一自振周期之間的比例調整原則，使計算結果無限地接近規(guī)范值。

2.具體的優(yōu)化設計措施

（一）主體結構結構的抗側剛度

建筑單位的建筑面積，其結構材料的用量中，房屋層數和用于承擔的重力荷載的結構材料用量，與之成正比例，而用于抵抗側力結構材料的數量，是以建筑層數的二次方的關系來急劇增加，因此，參考傳統(tǒng)工程的設計經驗，高層建筑的各項計算指標，是不是能夠通過規(guī)范要求，抗側剛度在其中起著決定性作用。它是整個建筑結構設計工作中，最重要的基礎核心，優(yōu)化剪力墻抗側剛度的常用措施，一般為改變剪力墻的截面尺寸，以及調整剪力墻的混凝土強度等，在建筑高度和及豎向荷載已知的情況下，剪力墻高寬比相對較大，而剪切變形的影響又比較小時，可取剪力墻的彎曲剛度作為設計變量，建立剪力墻抗側剛度優(yōu)化的科學模型，從而優(yōu)化設計。

（二）地震作用

當前部分高層建筑的抗震作用的計算方法，主要有振型分解反應譜法與底部剪力法兩種，前者被普遍用來設計高層建筑的抗震性能，后者是在高層建筑的結構抗震設計時，簡化計算擬靜力計算水平電算求解的一種方法，該方法方便運算，但是造成的數據誤差較大，會造成結構剛度\"質量沿豎向變化較大甚至結構明顯不對稱。但此方法被運用于抗側剛度優(yōu)化分析時，可以簡化計算步驟，得出最佳抗側剛度數據后，借助電子運算方法和振型分解反應譜法，使水平地震作用及其影響都能得出準確結果。

六、結束語

通過對建筑結構設計中剪力墻結構應用的相關研究，我們可以發(fā)現，該項結構設計的應用十分廣泛，有關人員應該從建筑結構設計的客觀實際出發(fā)，充分利用其多項特點，研究制定最為切合實際的結構優(yōu)化措施技術方案。

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