白翔
中联西北工程设计研究院有限公司 陕西西安 710077
摘要：在建筑结构设计过程中，结合剪力墙结构的特点和剪力墙结构设计的分析与应用，研究剪力墙结构的特性，并结合剪力墙结构的分类。我们讨论了剪力墙设计应遵循的原则，最后分析了剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用，包括高层建筑的应用和对剪力墙结构设计参数的科学控制。通过这一分析，我们希望为设计建筑结构时的剪力墙应用技术提供特定的理论基础。
关键字：建筑结构，剪力墙，结构设计
引言
随着人民生活水平的不断提高，人们对建筑质量的要求也在不断提高，在此背景下，建筑业得到了一定程度的复兴，建筑技术得到了改善。近年来，剪力墙结构被广泛应用于建筑结构设计中，因此工程师需要充分了解剪力墙结构的特性，并为每座建筑选择不同类型的剪力墙结构，以进一步提高建筑质量。
一、剪力墙结构的设计原理
（一）连梁的调整
剪力墙结构设计对连梁有很高的要求，研究发现，如果连梁的跨度比小于5，则总弯矩产生的载荷比就很小。发生反向弯曲，导致剪切裂纹，并且当连梁的跨度比大于5时，连梁的承载力与普通框架梁的承载力相同。因此设计人员需要根据实际情况确定连梁的跨高比。
（二）剪力墙边缘构件
结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差；计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性；因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从89规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙（柱）、转角墙（柱），也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。
综合分析“抗规”、“砼规”和“高规”设计约束边缘构件时，框剪结构、框支结构、框筒结构的要求应严于一般剪力墙结构，因此规范要求的条件也就多了一些，设计中应引起注意。由于各规范标准的的编写出版、发布、实施的时间不同，加上编写人认识上的差别，各规范在一些条文内容上还存在不协调和不一致的地方。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比，也要复核长墙肢的轴压比：抗震墙结构中，当层数在15层以内时其墙肢轴压比一般都小于0.2，所以一般除9度地震区外，都可以不设约束边缘构件（高层底部加强区除外），只需设计构造边缘构件，不少设计都忽视了这点，造成浪费。
二、建筑剪力墙结构设计
（一）厚度设计
抗震墙的厚度，一、二级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度的1/20，三、四级不应小于140mm且不宜小于层高或无支长度的1/25；无端柱或翼墙时，一、二级不宜小于层高或无支长度的1/16，三、四级不宜小于层高或无支长度的1/20。底部加强部位的墙厚，一、二级不应小于200mm且不宜小于层高或无支长度的1/16，三、四级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度的1/20；无端柱或翼墙时，一、二级不宜小于层高或无支长度的1/12，三、四级不宜小于层高或无支长度的1/16。
（二）延性设计
剪力墙结构的设计应集中在这些方面。首先，必须控制结构，以使结构墙的地板具有良好的延展性和能量消散能力，并且在墙地板的特定高度范围内不屈服。连梁的设计也遵循强剪切和弱弯曲的原理，必须确保连梁带有耗能效应。延展性可防止连梁在地震作用下发生剪切破坏。
在竖向荷载和地震水平荷载作用下，墙肢可能出现的破坏形态为：底部受拉钢筋屈服的弯曲破坏、剪拉破坏、剪压破坏、斜压破坏等。这些破坏形态除了弯曲破坏外延性耗能破坏外，其他都是脆性破坏。为了实现延性破坏，避免脆性破坏：1、剪力墙布置不宜过长。2、要求墙体受剪承载力大于弯曲破坏的剪力墙，即强剪弱弯。
三、在建筑结构设计中应用剪力墙结构
（一）确定剪力墙结构的位置
1.结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾；
2.墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置；
3.能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单；
4.连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽；
5.根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。
6.剪力墙结构中全部竖向荷载和水平力都由钢筋混凝土墙承受，所以剪力墙应沿平面主要轴线方向布置。
7.矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；
8三角形及Y形平面可沿三个方向布置；
9.正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。
（二）剪力墙墙肢长度的确定原则
剪力墙的布置位置及数量，主要由满足规范规定的结构周期比、位移比、层间位移角等整体计算指标确定。而具体到确定剪力墙墙肢长度时，首先需要考虑满足建筑功能要求，其次其长度不能太长，也不能太短。确定原则是，尽可能多均匀长墙（长度小于等于8m）)，少短墙。因为墙肢太长，当墙段长度（即墙段截面高度）很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断，因此墙段的长度不宜过大，高规程定为8m。墙肢很短时，可能形成短肢剪力墙，短肢剪力墙沿建筑高度可能有较多楼层的墙肢会出现反弯点，受力特点接近异形柱，又承担较大轴力与剪力，抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，在高层住宅结构中短肢剪力墙布置不宜过多，不应采用全部为短肢剪力墙的结构。
当墙的长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成长度较小的墙段，使每个墙段成为高宽比大于3的独立墙肢或联肢墙，分段宜较均匀。用以分割墙段的洞口上可设置约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比一般宜大于6）。
一方面，墙肢很短时，可能形成短肢剪力墙，其抗震性能较差，规范对在高层住宅结构中应用短肢剪力墙做了一些限制规定，短肢剪力墙承担的倾覆力矩不小于结构底部总倾覆力矩的30％时，称为具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构，此时房屋的最大适用高度应适当降低。B级高度高层建筑及9度抗震设防的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。
另外，当墙肢很短时，可能变为框架柱。高规7.1.7条规定，当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截面设计。抗规6.4.6规定，抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时，应按柱的有关要求进行设计；矩形墙肢的厚度不大于300mm时，尚宜全高加密箍筋。做上述规定的主要原因是，剪力墙与柱都是压弯构件，其压弯破坏状态以及计算原理基本相同，但是截面配筋构造有很大不同，因此柱截面和墙截面的配筋计算方法也各不相同。为此，要设定按柱或按墙进行截面设计的分界点。
结语
国家的建设，离不开建筑行业的发展，因此在经济飞跃式发展的今日，建筑行业水平的提升是极为迅速的，建筑工艺、建筑材料、建筑机械设备等建筑元素都在不断更新发展。剪力墙结构是目前高层建筑中广泛使用的一种由钢筋混凝土墙板组成的主承受结构，在其设计过程中，必须综合考虑建筑所受外力作用以及自身重力，对剪力墙结构的刚度与稳定性进行分析设计，确保其能够有效承载整体建筑的作用力，保证整体建筑质量。
参考文献
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