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建筑工程结构设计中剪力墙结构设计分析

发表时间：2021/4/6 来源：《建筑科技》2021年1月上作者：孔健鹏

[导读] 近年来随着建设技术的不断进步，越来越多功能多样、结构新颖的建筑物呈现在广大用户面前并获得他们的喜爱。其中建筑结构设计中剪力墙的设计应用，不但能够满足不同用户对房屋造型和功能的需求，还能提升房屋结构的安全性和稳定性，对促进环境领域健康发展有着积极作用。

广东南海国际建筑设计有限公司孔健鹏

摘要：近年来随着建设技术的不断进步，越来越多功能多样、结构新颖的建筑物呈现在广大用户面前并获得他们的喜爱。其中建筑结构设计中剪力墙的设计应用，不但能够满足不同用户对房屋造型和功能的需求，还能提升房屋结构的安全性和稳定性，对促进环境领域健康发展有着积极作用。
文章详细探讨剪力墙结构设计有关问题，希望能与同行共同交流，共同提高设计水平。
关键词：建筑工程；剪力墙结构；设计原则
        前言
        现阶段剪力墙结构技术已广泛应用于高层建筑工程施工中，其具有良好的整体性和稳定性，使建筑工程的承载能力得到提升；较大的侧向刚度，能对建筑工程水平荷载进行有效限制；应用在高层建筑时，可以实现梁柱和构件不外露，使建筑结构内部的空间更加美观，更利于不同功能的分布和设置。目前剪力墙种类包括有实体墙、小开口整体剪力墙、联肢剪力墙、短肢剪力墙、壁式框架等。
但该技术也存在相应不足之处，对建筑类型有一定限制，主要是通过墙体与楼板共同作用构成结构的受力系统，建成后要拆除困难，结构内部空间上不能太大，较为适合应用在住宅、宾馆等对空间不需要太大间隔的民用类建筑；此外，剪力墙技术需要消耗大量钢材，经济优势不明显。
因此，在应用该技术时，应充分考虑到建筑结构的类型、用途、成本控制等因素，进行合理选择。
        一、剪力墙结构设计原则
        剪力墙拥有分隔墙和结构墙体的功能，因而在对其进行合理布置及安排位置，必须满足建设方案的要求，保证其满足分隔空间的功能，又要满足结构布置的要求，充分发挥其在建筑中的受力性能以及剪力墙所独有的刚性和抗震性能。在具体设计过程中应遵循以下几项原则进行：
        1、位置选取
        在建筑结构中考虑剪力墙具体位置时，必须遵循均匀、对称、分散原则，沿着建筑物进行横向和纵向布置，还要考虑布置在房屋端部和形状变化较大的地方，房屋中端部楼电梯处以及恒荷载大的地方，不宜布置或减小剪力墙数量；平面布置时，剪力墙尽量采用对称布置，如条件有限，则尽可能保证质量中心与刚度中心接近；剪力墙需要布设洞口时，应把其安置在截面中部为合适，不能安排在墙端和柱子处。
        2、间距和厚度
        在考虑剪力墙间距以及厚度布置时，要坚持以下原则：
        合理控制剪力墙最大间距，在确保屋盖侧向刚度的情况下，使水平荷载作用下楼盖平面内的弯矩变形得以避免；剪力墙的厚度取值原则包括通过周期比、位移比和最大层间位移等各项指标确定剪力墙厚度原则；不同抗震等级下的轴压比控制混凝土厚度原则；满足稳定性和构造性要求的原则；剪力墙厚度选取还应满足《高层建筑规范》中的相应要求。
        3、墙肢长度
        要结合工程具体情况确定剪力墙的实际墙肢长度，但通常不得大于8m，避免出现配筋拉断问题，但也不能太短。通常其墙肢长度是其厚度8倍稍多为宜，剪力墙的整体长度宜小于4m。
        如果剪力墙墙体需要长度较长时，则需要对墙体进行开洞处理，合理控制墙体高宽比值，通常高宽比为2或以上，开洞时应保持其均匀、规格不宜太大，采用弱连梁布置，保证剪力墙具有良好的剪切性能。
        4、数量设置
        合理控制剪力墙的设置数量，并不是数量多，性能就更好，布置数量不合理，结构需要承受更多的地震力，同时还做好建筑材料过度消耗等问题。
        因此，在布置剪力墙数量时，应充分考虑建筑结构的侧向变形限值，在满足其要求基础上，尽量减小剪力墙的设置数量，从而减小结构自重，避免出现剪力墙设置数量不合理旨发结构承载力欠佳的问题出现。
        5、梁板布置原则
        通常高层建筑都具有较小荷载，用钢量多少主要取决于楼板厚度。为达到降低钢量目的，在确定楼板厚度时，要保证满足挠度和裂缝控制要求，同时保证满足板内设备穿管厚度基础上，尽可能取低值。

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        布置梁时，尽可能采用简单清晰的传力途径，防止出现较多次梁、传力途径复杂的问题出现。
        二、剪力墙结构设计的要点分析
        1、合理的控制剪力墙结构参数
        剪力墙结构承重有别于普通建筑，因此，在进行结构设计时一定要对各类荷载参数进行充分研究，在规定允许范围内合理控制各类荷载。此外，对结构各类参数尤其是对结构的位移比例、周期比例、侧向刚度比例等，均要进行合理控制，确保各类参数控制在规定允许范围内，防止高层建筑出现扭转以及偏心力等问题。要考虑剪力墙自身的不规划性问题，并对其进行限值，在规定允许范围内制定相应数值。
        2、高层建筑剪力墙结构设计要点与剪力墙定位
        剪力墙结构位置是否科学合理，对高层建筑结构质量和安全有直接影响，确定具体位置时，必须按照其它方向或者是沿着主轴方向进行剪力墙的双向布置。尽可能避免出现单向剪力墙结构形式，提升其抗震性能。在具体设计过程中，针对弧形的平面和圆形的平面，以及正多边形的平面，用沿径向的方向为定位方向，进行环向性的设计。针对Y形的平面和三角形的平面这两种平面的设计，则应该按照沿其它三个轴线的方向进行合理的设计。针对一般的平面，例如T形的平面和L形的平面，以及矩形的平面等一般平面的设计，要沿着两条轴线的方向进行合理的设计。
        3、墙体及连梁钢筋的配置
        钢筋材料具有良好的刚度和强度，是剪力墙结构使用的主要材料之一，
        其能提升剪力墙的抗震及承载力。
        在进行墙体配筋时，比较常见的是满足规范配筋最小值的前提下，将水平钢筋外侧、竖向钢筋内侧布置。迎水面保护层在采用双向钢筋网片时，可以很大程度上减少配筋量，其厚度可降为30mm。
        连梁是剪力墙结构的重要组成部分，其主要作用是提升剪力墙墙体稳定和安全性。因此，在对连梁进行设计时，要重点考虑连梁钢筋配置，严格选择和控制钢筋材料质量和规模型号，不能为了节省成本而采用不全要求的钢筋材料，避免因钢材总是造成建筑工程质量安全隐患。
        4、转换层的结构设计
        现阶段高层建筑正向着外观新颖、功能多样的方向发展，因此建筑结构也更趋向复杂性和多样性。
        在具体设计时，需要根据结构部位不同而设计相应使用功能，这就必须采取相应的措施，设置一定置换构件，使建筑结构各部件间能够有效衔接。
        在进行转换层结构设计时，要合理控制转换层的刚度和质量，保证其在规范允许范围内，同时要对转换层存在的薄弱部位进行重视，清确计算出其具体位置，结合其内力分配情况，对内力进行优化设计，达到提高转换层整体性能，充分发挥转换层作用。
        5、短肢剪力墙
        短肢剪力墙在《高规》中有明确规定：指截面厚度不大于300mm、各肢横截面的高度与厚度之比应在4和8之间的剪力墙。虽然该墙具有相应的自由度和灵活性，但如果应用不当，容易降低建筑结构的受力和承载力。采用这种方法，使短肢剪力墙与筒体或一般剪力墙形成整体，一同抵抗水平力作用的剪力墙结构。
        结束语
        剪力墙结构技术对促进工程建设可持续发展有重要意义。高层建筑剪力墙工程和框架剪力墙结构工程造价中，剪力墙部分的造价占有较大比例，施工技术也较为复杂。在进行剪力墙结构设计过程中，要充分考虑有关结构的质量、安全、效率及经济类等因素，以相关设计规范为准则，结合项目的具体情况，对高层建筑剪力墙进行科学合理设计，避免不足与缺陷，发挥该技术的最大价值，提升建筑工程的稳定性和安全性能。
参考文献：
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