建筑结构中剪力墙结构设计论文

探讨建筑结构中的剪力墙结构设计

【摘要】本文结合剪力墙结构的主要特点和设计要求，探讨如何通过合理的分析和计算对剪力墙结构进行设计，使剪力墙结构发挥其应有的效果和作用的同时确保整个建筑物的安全性和可靠性，并且取得良好的经济效益和社会效益。

一、剪力墙结构概念

剪力墙结构英文学名是 shearwall structure。它是由指剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。具体地说剪力墙结构是以剪力墙及因剪力墙开洞形成的连梁组成结构，其变形特点为弯曲变形。而剪力墙是一种抗侧力单元，其在受力方向上的截面高宽比大于4，使得其在水平作用下，截面的抗剪问题比较突出。所以剪力墙结构必须依赖各层楼板作为支撑，以保证平面外的稳定，由于受到楼板经济跨度的限制（一般剪力墙之间的间距一般在3至8米），所以剪力墙结构主要适用于有小房间设计要求的高层建筑、公寓旅馆等建筑。

二、剪力墙结构设计原则

剪力墙结构主要由剪力墙及因剪力墙开洞形成的连梁结构组成，具有良好的抗震性能和较高的刚度。为了使剪力墙结构在建筑结构中的优势充分发挥出来，必须对其进行合理设计和安排。在设计过程中，应遵循以下原则：由于剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度。1.剪力墙结构应采用简单的平面、立面布置和恰当的侧向刚度。在抗震设计时应在结构的两个主轴方向设置剪力墙，避免两向动力特性的过大差异。2.剪力墙布置宜自下到上连续布置，避免刚度突变。3.对剪力墙

上的洞口应进行结构的规则化处理，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁，并且避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置使墙肢刚度相差过大。在实际工程中，对具有不规则洞口的剪力墙，首先应进行剪力墙开洞的规则化处理，对具有不规则洞口布置的错洞墙，应按弹性平面有限元方法进行应力分析，并按应力计算结果进行截面配筋设计或校核。4.必须充分考虑墙体水平、垂直方向上的作用力以及墙体整体结构作用力，同时，计算正截面承载力，并应进行平面内的斜截面受剪、偏心受压或偏心受拉、平面外轴心受压承载力验算。在集中荷载作用下，墙内无暗柱时还应进行局部受压承载力验算。

三、建筑结构设计中剪力墙结构的应用

1、厚度设计

剪力墙抗震等级存在差异，底部是否应当加强，抗震墙厚度也不一样。但是所有的剪力墙截面厚度都应符合规范要求中的墙体稳定性要求。而其他抗震等级的剪力墙结构的要求分别为：按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于200mm，其他部位不应小于160mm；一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220mm，其他部位不应小于160mm。三、四级剪力墙不应小于160mm，一字形独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180mm。对于非抗震设计时且不应小于160mm。同时剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm。对于短肢剪力墙（短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各截面高度于厚度之比大于4

但不大于8的剪力墙）截面厚度除了符合上述规定外，底部加强部位尚不应小于200mm，其他部位尚不应小于180mm。

2、合理布置剪力墙平面

在建筑结构设计时，对剪力墙平面的布置应做好以下几点：1.遵循均匀、分散、对称和周边的原则。 2.剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置。 3.剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及两端楼（电）梯处，在结构中部尽量减少剪力墙的布置量。 4.在平面布置上尽可能均匀、对称，以减小结构扭转。不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近。 5.沿高度均匀变化；在竖向布置上应贯通房屋全高，使结构上下刚度连续、均匀。 6.多均匀长墙（增加抗侧刚度和减少剪力墙数和混凝土用量），少短墙（抗震性差）；可布置成单片形（不少于三道，长度不超过8m）、L形、T形、工字形、十字形或筒形最佳，H/L≥2，少复杂形状转折。 7.洞口布置在截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。在布置剪力墙平面时，应严格根据均匀、对称原则，尽可能让墙面结构的刚度中心与质量中心完全重合，进而降低扭矩，尽量对直、拉通内外的剪力墙。

8.剪力墙不宜过长，较长的剪力墙宜设置跨高比较大的连梁。

3、剪力墙墙体配筋

控制剪力墙配筋有利于结构的安全性和工程的经济性，在1-3级抗震等级的剪力墙中，竖向、水平分布筋的最小配筋率应0.3%，四级和非抗震设计时均不应小于0.20%。剪力墙的竖向和水平分布钢筋间距均不宜大于300mm，直径不应小于8mm且不宜大于墙厚的1/10.

4、边缘构件处理

剪力墙的边缘构件大体上分为两种，即构造边缘和约束边缘的构件，两者相比较，则构造边缘的矩形截面积的极限承载力约降低40%，极限楼层位移角将减少一倍，对地震能量的消耗也会有所减少，并且会对墙板的稳定造成影响。由此可见，在构件设计选择时，应严格根据不同的抗震等级以及剪力墙底层强制底截面的轴压比选取合适的边缘构件。并应该在剪力墙的约束边缘构件和构造边缘构件之间设置过渡层，避免剪力墙刚度及承载力的突变，改善结构的特延性，提高剪力墙的抗震能力。同时对剪力墙边缘构件灵活设置过渡层也是抗震概念设计和抗震性能化设计的重要内容之一。对于构造边缘构件纵向钢筋的配置，应满足最少钢筋根数、最小钢筋直径及最小配筋面积要求，并宜采用高强度钢筋，端柱还有满足框架柱要求。

5、连梁设计

连梁是指两端与剪力墙在平面内相连的梁。连梁跨高比小于5按连梁设计，反之则宜按框架梁设计。连梁也是剪力墙住宅建筑结构中非常重要的抗震构件，其设计的合理性直接关系到剪力墙结构的受力性能及抗震性能。在正常的荷载下，应该保证结构处于弹性工作状态，连梁也不允许产生塑性铰，而在遭遇地震时，可以允许结构进入弹塑性状态，此时，连梁也可以产生塑性铰。抗震规范要求，建筑物在低于本地区设防烈度的地震作用下，一般不损坏或者不影响使用；而在高于本地区设防烈度的地震时，不得发生倒塌及危及人们生命安全的破坏。在地震荷载的作用下连梁的破坏形式有脆性破坏与延性破坏两

种，连梁的设计应该遵循强剪弱弯的原则，避免结构产生脆性破坏。连梁的跨高比越小，强剪弱弯的要求也越高，最小配筋率数值也越小，在实际的工程应用当中应注意根据连梁的跨高比实现对连梁配筋率的分级控制。对于出现连梁抗剪承载力不足现象（超筋），可以对抗震等级为2-4级的连梁采用设置对角斜筋并对连梁的剪力设计中进行复核设计。

结束语

剪力墙结构在建筑设计中集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料，抗震性能好，施工比框架结构简单快捷等优点对于提高建筑质量也发挥着重要的作用。然而就目前来看，剪力墙结构的应用还存在着诸多问题，如墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，较难满足大空间建筑功能的要求等问题。因此，我们需要对剪力墙结构技术进行探索创新，使得剪力墙结构能够更好地服务于建筑行业，建设出更加安全、经济、美观、实用的建筑。