剪力墙结构设计要点分析

剪力墙结构设计要点分析发表时间：2018-06-29T15:17:32.500Z来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：郭凌波[导读]随着我国城市土地的日益紧张，为有效利用土地使用率，缓解土地紧张状况，高层建筑如雨后春笋般的涌现出来。深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司摘要：剪力墙结构抗侧刚度大及整体性强，能够承受各种荷载并控制结构的水平力等优点，被广泛应用。合理、科学的设计及布置剪力墙结构，对于整体建筑结构的设计可靠性具有重要意义。本文通过某高层建筑剪力墙设计的要点进行分析。关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计；要点引言随着我国城市土地的日益紧张，为有效利用土地使用率，缓解土地紧张状况，高层建筑如雨后春笋般的涌现出来。由于剪力墙具有独特的优势，被高层建筑广泛应用。而剪力墙的稳定性影响着整个建筑结构的安全性，所以要严格的按照剪力墙设计原则，结合建筑设计要求和主要特点，对剪力墙结构进行设计，使其发挥出最优的作用和效果，这也保障了整个高层建筑的可靠性和安全性，使得最终能够获得较好的经济利益。一、剪力墙的特点（一）优点剪力墙结构由于自身具有较强的刚度，性能较强，可以承受荷载力大，特别是水平方向的承载力较强。将剪力墙结构融和到高层建筑建设中，可以把高层建筑内部的承重墙与分隔墙进行有效结合，这对于建筑结构的美观性与安全性具有重要意义。（二）缺点虽然剪力墙结构在高层建筑应用有很多优势，但实际运用过程中存在一些不足。如抗震性能减弱、增加建筑整体重量。虽然合理运用剪力墙结构可以降低钢筋的应用率，但对建筑结构的延展性带来一定影响。由于剪力墙的自身承载力受到一定阻碍，这便造成剪力墙的价值无法充分发挥出，虽然剪力墙的刚度可以有效的抵抗侧向变形，但在实际运用中，需要提高高层建筑整体结构的强硬度，进而致使建设成本增多。二、某高层建筑工程的结构设计概况某高层建筑共16层，地上15层，地下一层，层高3.8m。采用剪力墙结构承受建筑自身具有的水平荷载力和垂直荷载力，其自身的刚性结构体系具备高抗侧强度，用来进行抵抗水平侧力。三、剪力墙结构设计的原则（一）剪力墙的厚度一般比较小，而高和宽的尺寸却比较大，受力形态接近于柱体。但是它与柱体还是存在一定的区别，主要表现在剪力墙肢长与厚度之间的比值，在比值小于等于3时，可以按照柱体来设计，当比值在3～5之间时，被视为异形柱，需要按照双向受压构件设计。（二）剪力墙的主要特点：在同一平面内荷载力和刚度比较大，而在平面外的荷载力和刚度就相对较小。因此，需要注意不要在平面外接搭，如果实在避免不了时就要按照相关规定采取相对应的措施，确保剪力墙平面外的安全。（三）在剪力墙的结构设计中，墙属于一个平面构件，在承受着沿着平面作用的水平剪力和弯矩之外，还需要承担竖向压力。由于在多力结合状态下工作，除了要满足刚度的要求之外，还需要满足非弹性变形下的延性。（四）墙体的设计主要是计算水平和竖向作用下的结构整体的内力，在求得内力后，根据偏拉或者偏压来进行斜截面受剪荷载力和正截面荷载力的计算。四、关于剪力墙结构存在的主要问题因剪力墙具有较高的刚度性、整体性以及抗侧力性，现代高层建筑施工中对于剪力墙结构的应用较为广泛。但是其自身也存在着一定的问题：因为剪力墙具有很高的刚度和较强的抗侧力，在地震效应较高的情况下，就会提高建筑基础以及上部结构的建筑成本；在建筑的过程中，如果混凝土使用较多，就会对建筑物自身的重量以及对具有的平面功能造成影响；剪力墙墙肢结构本身的轴压力不高，就不能充分发挥自身承载压力的作用；剪力墙结构都有相应的配筋标准，如果配筋率太低就会影响其延性。所以，将剪力墙结构运用在高层建筑的结构设计中时，不但要考虑到剪力墙结构的抗侧能力，还要对建筑工程的成本进行考量。五、高层建筑剪力墙结构设计需要重视的要点（一）布置剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙能够承担风荷载力、水平地震作用力以及竖向荷载力，所以在设计剪力墙时，要考虑建筑物的基本要求，布置剪力墙时尽量形成连续的完整框架，尽可能进行规则的对称布置，防止出现扭转效应。1.关于短肢剪力墙结构的选择使用短肢剪力墙结构可以对建筑进行灵活设计，能够减少建筑结构的重量，但是这种结构的抗震性能不高，无法很好的保证建筑的安全性，所以要慎重选择短肢剪力墙结构。2.关于独立的小墙肢高层建筑结构中如果出现独立墙肢，会给施工增加难度。在工程设计中，可以通过合并洞口，科学布置剪力墙的方式来消除独立墙肢，施工难度可以降低。3.关于剪力墙结构整体刚度剪力墙结构刚度很大，一般来说周期较短，相应地震力较大，如果剪力墙结构刚度过大，不仅材料消耗多不经济，而且因为地震效应比较高，连梁超筋、墙肢以及截面无法满足抗剪力的标准，会增大截面设计的难度，所以，对剪力墙结构的整体刚度需要通过合理计算和有效控制，才能确保达到位移限值的标准，对于剪力墙整体刚度的计算如表1。（二）控制结构参数对刚重比、位移比、侧向刚度比、层间位移角等参数进行控制可以有效的保证结构布置的合理科学性。在高层建筑中，竖向构件本身的层间位移、水平位移与该楼层平均值之间的比值就是位移比，主要是限制结构布置本身的不规则性，可以有效防止出现大的偏心力和防止建筑结构主线的扭转效应。位移比限制是在考虑到偏心力的因素下，根据刚性楼板进行确定，高层建筑中竖向构件中的位移比是不能超过1.2的。剪力墙的布置对此影响很大，应尽量按4.1条的原则来布置，方可达到即经济且安全性能好的目的。（三）关于剪力墙结构的计算和配筋1.关于剪力墙的墙身剪力墙结构中包括水平向钢筋和竖向钢筋，在进行剪力墙构造和计算时，要对钢筋数量进行确定，主要是对正截面中的抗弯承载力与斜截面中的抗剪承载力进行验算，同时应满足规范的最小配筋率要求。剪力墙结构的厚度主要是根据抗震等级系数进行选择。为了使剪力墙结构的刚性、稳定性和抗震性能够发挥最好的效果，一级二级剪力墙底部的部位墙厚需要超过200mm，超过高层的1/16，其他部分墙厚需要超过160mm。在墙端头无暗柱或翼墙时，墙厚度要超过高层的1/12，这些规则适合高层建筑，但是不适合八度地震区剪力墙结构的设计。对于高层建筑在1～3级抗震等级的剪力墙中，水平、竖向分布筋的最小配筋率需要大于0.3%，部分框支剪力墙底部的增强部位的配筋率需要大于0.35%。2.连梁的计算连梁可以提高剪力墙的刚度，起到连接墙肢的作用。在对高层建筑结构进行计算的过程中，要适当的折减连梁的刚度，折减值控制在0.5以上，最好是控制在0.5～1.0以内。如果折减刚度后发现建筑结构的承载力不足，可以采取降低连梁高度和减小整体刚度的方式来解决承载力的不足。六、结束语在建筑行业朝着高层建筑形式快速发展的过程中，剪力墙结构的运用越来越广泛，需要将剪力墙结构的优势发挥到最大，以提高建筑的安全性和抗震性。因此需要结合实际情况进行科学合理的设计剪力墙结构。参考文献[1]吕瑞孝，姜剑虹.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].科技信息，2011（19）：381，412.[2]叶钟.试分析建筑结构设计常见的问题及措施[J].江西建材，2017（01）.[3]王孟国.建筑工程剪力墙结构设计方法分析[J].住宅与房地产，2016（36）.[4]刘军进，肖从真，王翠坤，徐自国，田春雨，陈凯.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建筑结构，2011（11）.