浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计的应用

伍道杰

摘要：随着我国市场经济持续发展，建筑产业逐步成为我国重要支柱性产业，建筑设计能力得到显著提升，由于建筑工程逐步向超高度、大跨度方向发展，近几年剪力墙在建筑结构设计中广泛应用，满足结构设计相关规范提出的抗侧移刚度以及抗震性要求，本文结合笔者多年工作经验，全面阐述剪力墙结构设计原则与技术要点。

关键词：剪力墙结构；建筑结构；设计应用

前言

剪力墙在建筑结构设计中具有良好的优越性能，主要包括抗震性能理想、整体性能优良、刚度大等特点，从而受到建设单位与设计单位的大力推广，结构工程师在从事结构设计过程中，应熟练掌握剪力墙设计原则，充分发挥剪力墙特点，从而能够积极推动建筑行业的科学发展。

1.剪力墙的原则设计分析

1.1剪力墙的厚度较小，但宽度与高度较大，其受力的整体状态与柱接近，然而剪力墙的肢长与厚度比值与柱存在差异，当肢厚比低于3时则根据柱的布置方法进行设计，当肢厚比3 ～5之间时可将剪力墙作为异形柱，根据双向受压的设计原则进行布置。

1.2 剪力墙的平面实际承载力与内刚度较大，因此平面的外梁与剪力墙在接连中，形成外墙肢的弯矩，同时不易验算平面的承载力与外刚度，因此在设计过程中剪力墙尽量不要搭接，选择搭接时应当制定合理措施，以保证剪力墙设计的安全与质量。

1.3 在计算剪力墙的设计参数时，设计人员应当充分考虑竖向与水平作用，并进行全面的整体结构分析，在完成内力计算后，根据偏拉或偏压情况，进行斜截面以及正截面承载力验算，在荷载作用下对剪力墙进行极限承载的验算，在完成剪力墙的极限承载力验算后，在计算剪力墙宽度时，要结合剪力墙实际的间距、翼缘宽度、墙肢高度。

2.剪力墙结构的设置内容

2.1墙肢结构分类

按照剪力墙肢高度与厚度的差异，可以将其分为普通以及短肢剪力墙，当墙肢高厚比大于8时则为普通剪力墙，当墙肢高厚比为5～8时则为短肢剪力墙，当墙肢高厚比低于5时为小墙肢剪力墙，其中高厚比低于3 时，应结合框架柱的实际布置情况进行截面设计。

2.2 剪力墙结构具体布置内容

高层建筑项目在空间使用方面有着较高要求，结构工程师根据业主的使用功能要求，把剪力墙合理布置形成立体结构，在抗震设防要求较高的区域，严禁将剪力墙结构沿单向布置，保持双向刚度保持稳定，剪力墙刚度根据建筑立面情况，要求建筑结构的重心要与刚度中心实现双双重合，减少因主体结构受扭而产生不利影响，设计人员主要通过对刚度中心、连梁高度、墙肢尺寸的调整来实现重心的重合。剪力墙自身抗侧力大、自振周期短等特点，对此建筑项目在受到地震作用，必然对建筑主体结构造成不利作用。结构工程师在布置剪力墙过程中应紧密结合剪力墙的抗侧刚度与承载力情况，适当减少纵、横墙厚度，同时扩大剪力墻间的距离，来控制剪力墙体布置总数。在建筑平面内剪力墙结构的承载力与刚度远大于平面外承载力与刚度，对此剪力墙与外平面梁搭接过程中，导致墙肢外平面产生弯矩，如果墙厚<一半梁高时，外平面剪力墙因梁端部弯矩造成不利影响，所以设计人员通过控制墙面截面，选择半刚接、铰接方式来降低外平面弯矩，从而更好保证主体结构安全。

3 剪力墙的配筋与厚度设计

3.1 剪力墙的配筋设计

在我国的《混凝土结构设计规范》中明确指出剪力墙根据抗震等级要求，水平与竖向布筋的最小配筋率应当大于0.25%，框架剪力墙的底部加强布筋的配筋率应当大于0.3%，这类符合尺寸较长以及高层的剪力墙结构的要求，而这种设计要求不满足尺寸较小剪力墙的要求，一旦剪力墙尺寸过长，应当适当增加水平配筋与布筋数量，特别对梁以及剪力墙与外梁的连接部位应当增加配筋数量。

3.2剪力墙的厚度设计

根据我国的《建筑抗震设计规范》，要求剪力墙结合实际抗震等级要求，加强剪力墙底部的区域，剪力墙厚度不小于0.2m，且大于楼层标高的1/16，剪力墙的无翼端头以及暗柱应当大于楼层标高的1/12，这设计要求不满足8度地震区域低高层与多层的剪力墙的结构设计要求，如6～14层的剪力墙结构，在重力荷载作用下，墙肢轴压比应低于0.2，因此剪力墙应当布置配筋，如底部剪力墙的层高为4m，墙厚通常设为0.24m，投资商要求视野开阔，不应设置外纵墙，在横墙端部不应当设置端柱与翼墙时，一旦高层建筑的层高增加，设计人员应该进行概念设计，同时进一步调整剪力墙的轴压比，结合墙体截面尺寸，来验算剪力墙的稳定性与强度，在剪力墙的构造上应当设置配筋与暗柱，保证剪力墙的自身连结力，从而能够减小剪力墙厚度。

4.剪力墙的构造边缘设计

4.1通过建筑剪力墙的结构构造实验，判断剪力墙的槽形与工字形截面延性优于矩形截面，因此设计人员可通过适当扩大墙肢截面的翼缘尺寸来提高剪力墙整体的延性，所以在剪力墙端部设置边缘构件，在提高剪力墙延性的同时，还能够避免剪力墙出现水平滑移，提高建筑结构整体的抗剪能力，在剪力墙过程中可布置端柱、转角柱和暗柱以及翼柱等构件，这也是目前剪力墙设计过程中最有效的抗震构造措施。

4.2根据《建筑结构设计规范》，设计人员结合受力状况与结构类型，对洞口两端与剪力墙两侧来增强边缘，在竖向荷载作用下结合墙肢轴压比来加强界线对构造边缘约束。

5.连梁的构造设计

5.1连梁的设计意义

连梁作为连接墙肢之间的构件，在水平荷载作用下对连梁产生弯曲应力形成转角，对剪力墙的墙肢产生一定的限制与约束作用，因此改善连梁的受力情况，对增强剪力墙结构的稳定性具有一定的意义。

5.2 连梁设计的内容

对剪力墙结构的连梁设计过程中，其连梁的截面与跨高影响的设计因素较多，如果连梁设计的不合理，导致连梁的实际承载力不满足截面设计的需求，因此连梁在设计过程中应当考虑在连梁刚度折减过程中，由墙肢刚度大、跨高小等因素，在水平荷载作用下的内力增大，连梁受力达到屈服时在梁端缠身裂缝，在减小连梁刚度的同时，进行内力重分布，所以设计人员在对剪力墙结构整体分析时，对连梁刚度进行适当折减。在连梁设计过程中增加剪力墙的厚度，加大建筑整体刚度，增加了地震作用力，同时连梁的宽度与承载力呈正比关系，如果增加连梁的剪力墙厚度，地震作用力不能根据剪力墙的实际厚度分配给剪力墙，导致连梁抗剪承载力远大于限值，因此设计人员在连梁设计过程中，应当要结合建筑工程的实际情况制定合理的解决措施，来充分发挥剪力墙的作用，确保建筑设计的质量安全。

6.结束语

综上所述，在建筑工程的剪力墙结构设计过程中，设计人员应遵循结构设计原则，选择有效合理的宽度与长度，将剪力墙设计发挥最佳效果，才能确保建筑工程的安全性，控制建筑成本，推动建筑行业能够健康稳定发展。

参考文献：

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