簡析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：在經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的形勢下，城市化進(jìn)程的步伐逐漸加快，由此在建筑設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，剪力墻是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)師比較常用的一種方式，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。文章對于剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作出了相關(guān)的闡述，對我國的建筑業(yè)發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；連梁設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(huì)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(cái)產(chǎn)造成了極大的威脅。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(gè)建筑物的穩(wěn)固程度，在針對建筑抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定中有明確的要求：在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮建筑物抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，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(gè)構(gòu)成部分，一方是分割和圍護(hù)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(diǎn)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(shè)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(shè)計(jì)的基本原則

既要滿足剛度要求又要具有很強(qiáng)的變形性能和延性。剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻體會(huì)承受多方面的力度，既有水平剪力和彎矩，還承擔(dān)豎向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，因此，設(shè)計(jì)時(shí)候一般都是設(shè)計(jì)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(dāng)比值≤3時(shí)可按柱設(shè)計(jì)，當(dāng)比值在3到5之間時(shí)可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)候要盡量避免平面外搭接，實(shí)在避免不了時(shí)應(yīng)按規(guī)范采取相應(yīng)措施，以保證剪力墻平面外安全。

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

3、剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇

建筑剪力墻的設(shè)計(jì)方案有很多種，在確保建筑工程結(jié)構(gòu)安全的前提下，應(yīng)該選用合適的結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到最大限度地降低工程的造價(jià)。尤其是在初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)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(dāng)?shù)臉?gòu)件截面尺寸，這都將在很大程度上降低工程造價(jià)。

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(shí)際軸壓又一般會(huì)比計(jì)算值偏小，就會(huì)導(dǎo)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(diǎn)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(fèi)用隨之降低。當(dāng)建筑物的層數(shù)超過20層時(shí)，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(huì)使得結(jié)構(gòu)剛度不夠，結(jié)構(gòu)底部的剪力系數(shù)也會(huì)較低，層間位移與頂點(diǎn)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(shí)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(dāng)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(jì)效益。

4、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 剪力墻合理定位

剪力墻的平面布置應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)的處理

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果有連梁設(shè)計(jì)，那么一定要掌握好連梁的設(shè)計(jì)比例，在跨高以及截面的尺寸方面一定要計(jì)算好規(guī)格。因?yàn)槿绻B梁的設(shè)計(jì)不合理，在跨高和截面上不符合設(shè)計(jì)的要求，那么在受到水平荷載的作用力下，將會(huì)超出連梁的承受極限，引發(fā)安全事故。所以在對連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證其標(biāo)準(zhǔn)，可以從如下方面進(jìn)行考慮。

4.2.1 對連梁的剛度進(jìn)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(shí)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(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，就需對連梁剛度進(jìn)行折減。

4.2.2 適當(dāng)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(jí)

提高剪力墻的混凝土等級(jí)，其彈性模量增加的比例遠(yuǎn)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(jì)性，因?yàn)閷τ诩袅Y(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(jì)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(hù)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(shè)計(jì)中需要注意的問題

5.1軟件運(yùn)用問題

高層建筑的剪力墻不免要用到計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，在運(yùn)用相關(guān)軟件的同時(shí)要根據(jù)具體的情況來設(shè)置模型。工作人員要能夠調(diào)整軟件中的各項(xiàng)參數(shù)，以此來反映實(shí)際的施工情況，要最大限度地使軟件所計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際的模型相統(tǒng)一。設(shè)計(jì)剪力墻的工作人員還要了解軟件中各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際意義，只有這樣才能夠合理地設(shè)置參數(shù)。另外，實(shí)際的工程施工不能夠完全依賴計(jì)算機(jī)計(jì)算出的結(jié)果，也不能夠因?yàn)橛?jì)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(rèn)為是錯(cuò)誤的，要在軟件的實(shí)際應(yīng)用中找到其產(chǎn)生誤差的原因，逐步積累經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，這樣才能使高層建筑的剪力墻設(shè)計(jì)更加安全、合理。

5.2結(jié)構(gòu)細(xì)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(yùn)動(dòng)存在很大的不確定因素，我們要有意識(shí)地設(shè)計(jì)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(huì)因?yàn)榈卣鸲斐蓳p害。在強(qiáng)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(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)力作用而發(fā)生嚴(yán)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(huì)出現(xiàn)一字型的裂縫，然后是角點(diǎn)處的墻肢，其破壞也是最為嚴(yán)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(dāng)比值過小的時(shí)候往往可以按照柱體結(jié)構(gòu)要求來設(shè)計(jì)。其次，在設(shè)計(jì)的時(shí)候墻體結(jié)構(gòu)是一個(gè)平面構(gòu)件，它沿著平面作用在承擔(dān)相應(yīng)的水平應(yīng)力、彎矩力之外，更是要承擔(dān)一定的豎向壓力，為此在設(shè)計(jì)中必須要滿足彈性、非彈性以及延性要求。

5.4我們在設(shè)計(jì)墻的時(shí)候，計(jì)算時(shí)要考慮到墻在重力和橫向延展力的結(jié)構(gòu)下來進(jìn)行分析計(jì)算的。我們在針對剪力墻承載能力的計(jì)算中計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工作中的推陳出新。在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)充分發(fā)揮剪力墻在在建筑整體中的作用，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，保證高層建筑的設(shè)計(jì)更加合理、更加優(yōu)秀。在實(shí)踐的過程中，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行不斷地創(chuàng)新和總結(jié)，針對設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的問題進(jìn)行認(rèn)真分析，提高建筑工程中的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供更加強(qiáng)勁的動(dòng)力。