毛祖阳

（重庆市　400000）

建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析

毛祖阳

（重庆市400000）

随着我国城镇化进程加快，剪力墙结构在高层建筑结构中得到广泛应用，对增强剪力墙结构安全性、抗震性具有积极作用，对此设计人员需要考虑剪力墙的结构问题，制定科学的剪力墙结构设计方案，结合建筑工程的实际条件，对此充分做好现场的勘察设计准备工作，保证建筑物整体的设计水平，最终推动我国建筑行业的可持续发展。

结构设计；剪力墙结构；设计应用

引言

剪力墙结构是建筑的主要承载部分，并且还是承担地震、风等传递水平载荷导致的轴力、剪力以及弯矩等结构构件，同时也是建筑的分隔墙和围护墙，所以在布置剪力墙的过程中，应该满足建筑物的结构布局和平面布局，剪力墙结构的开间相对较小，高层建筑的楼层盖板通常选用现浇的混凝土结构平板，这样，其空间结构的利用率更高，能够有效节约建筑的层高。剪力墙结构的整体性和空间作用都非常好，并且具有很强的承载性能和抗侧力性能，因此，许多高层建筑都采用剪力墙结构。但是，剪力墙结构也具有许多缺点，例如建筑物的布置方案相对固定、不灵活，空间间距有很大的限制，不适合空间较大的建筑，而适用于高层的小空间建筑以及住宅等。

1　工程概况

本文以某高层建筑为例，该高层建筑总共16层，还有2层地下室，总建筑面积为1.075×105m2，地下室主要用于物业办公以及车库，地上首层为商业层，层高为3.5m，其余为住宅，层高均为2.85m，该高层建筑的建筑类别为丙类。该高层建筑的剪力墙结构的参数表现为：地下层以及1层的剪力墙厚度为250mm，2层以及2层以上的外墙为200mm，内墙为200mm。

2　高层剪力墙结构方案的优化设计

高层剪力墙结构的设计方案多种多样，在选择高层剪力墙结构方案时，应该选择正确的建筑结构体系以及构件需要的材料。层数低于20层时，通常采用短肢剪力墙结构方案。该种结构设计方案的水平地震剪力、周期和位移等都能够被控制在合理的范围内，并采用现浇剪力墙结构，合理地将钢筋混凝土墙置换成砌体或者砖墙，这样不仅能够提高建筑结构的整体刚度，减轻结构的自重，还能够有效降低工程成本。对于层数超过20层的建筑，如果采用短肢剪力墙结构方案，结构较软，结构顶点位移以及层间位移就不能够满足相关的设计要求，并且剪力系数较低，影响建筑整体结构的稳定性和安全性，因此，采用全现浇剪力墙结构方案，当结构刚度计算值偏大时，可以在较大的墙肢上增设结构洞，并将窗台改设为砖或者砌体等进行微调，这样能够增加结构的延性，提高剪力墙结构的整体抗震性能。同时确保剪力墙结构的延性是设计剪力墙结构的关键。本工程中若要是避免脆性的剪切破坏，可将剪力墙设计成高宽比大于3的细高剪力墙结构。但有时由于墙体本身长度很大，要想保证比值大于3，就可以采用开洞的方法将其变为均匀的连肢体墙，而其洞口采用约束弯矩比较小的弱连梁的效果较好。另一方面是剪力墙墙肢的厚度，《高层建筑混凝土结构技术规程》规定了剪力墙的最小厚度，以保证剪力墙出平面的刚度和稳定性。住宅建筑填充墙厚一般为200mm，相应剪力墙墙厚也取为200mm。对于无地下室的高层建筑，为避免发生墙厚大于填充厚度的情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量避免使用一字形剪力墙，而采用L、T、Z、十字形等截面形式。

3　剪力墙结构设计原则

设计人员在进行剪力墙设计中，首先结合设计规范具体要求对结构的合理性进行考量，在结构设计过程中，设计人员从技术层面应满足下列原则，从而能够推动剪力墙设计科学化、规范化，应当选择合理的结构设计方案，结合地理位置、功能需求、施工因素与材料等，最终决定最合理的结构设计方案。

调整层间最小剪力系数：

设计人员为了控制剪力墙结构自重，避免地震出现，尽量少布置剪力墙，但基于一个前提是要求在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总倾覆力矩的50%，设计人员可扩大剪力墙开间，增加剪力墙结构的侧向刚度，保证层间最小剪力系数满足规范要求，从而能够控制建筑工程成本支出。

原设计方案中，其剪力墙结构在X方向的最大层间位移角为1/2376，Y方向的最大位移角为1/1623，通过对剪力墙结构进行优化设计之后，剪力墙结构在X方向的最大层间位移角降低至1/1901，Y方向的最大位移角降低至1/1417，经过优化设计之后，不但提高了高层剪力墙结构以及整体建筑的稳定性，还节约了大量的梁、板、墙等的钢筋以及混凝土的用量，显著地降低了建筑成本，具有非常好的经济性。层间扭转与剪切变形是高层建筑结构设计的重点，其中剪切变形主要根据竖向构件数量来判断的，如某建筑竖向构件布置过多，必然增大剪重比，造成结构设计不合理，扭转变形加大，且无法满足楼层间位移要求，对此，在建筑物中应尽量减少扭转变形，而不能单靠增加竖向构件的刚度来调整楼层之间的位移。

4　剪力墙厚度与墙肢长度确定

4.1剪力墙厚度

根据抗震规范规定要求，当高层建筑抗震等级为一、二级抗震设计人员需要对剪力墙底部进行加强，其墙厚应大于200mm，而且大于高层建筑层高1/16，对于非加强区域墙厚不得低于160mm，在进行剪力墙设计过程中，设计人员如遇特殊情况，应对高层建筑展开概念设计分析，积极控制与调整墙肢轴压的数值，确保高层建筑的连续性，确保剪力墙结构设计满足规范要求。

4.2墙肢长度

在设计过程中，设计人员对高层建筑剪力墙结构长度有着明确控制，墙肢长度一般低于8m，因此在剪力墙结构设计过程中设计人员应保证剪力墙体系延性，为了消除剪力墙结构发生脆性破坏，可把剪力墙的高宽比大于3，增强剪力墙的延性，在地震作用下使其发生弯曲破坏，在以往设计过程中笔者发现墙体过长，为了确保墙体的高宽比值大于3，可通过开设洞口等措施将长墙分割成具有均匀性肢墙，对于洞口笔者认为选择弯矩比偏小的连梁。

5　剪力墙结构设计优化措施

5.1加强大墙肢的结构处理

在设计过程中笔者发现剪力墙结构由于本身具有延伸性要求，对此在实际施工过程中也应具备其延展性能，设计人员应重视剪力墙结构整体性工作，剪力墙在实际破坏中以弯曲破坏为主，极易造成脆性破坏，这对结构的抗震极为不利。针对这种情况设计人员对于墙肢较长的剪力墙设计不仅满足承载力要求还需进行分层设计，将其分割成为均匀单元，对于较短墙肢在受弯条件下出现裂缝较小，从而能够有效发挥墙体配筋作用，为消除这些不利现象出现，对于墙肢长度超过8m可选择下列处理措施：①开设施工洞，在施工过程中需对墙体孔洞预留，同时对预留孔洞需布置填充墙，这样能够将长墙肢隔成短墙肢。②开设计算洞，设计人员主要在结构计算时假设其有洞，但在实际施工过程中仍为混凝土墙，这种计算洞的开设，能够发挥墙肢配筋性能。

5.2加强剪力墙结构均衡设计

在高层剪力墙建筑结构设计过程中，设计人员应当采取恰当优化措施实现结构受力均衡，不仅能够提高剪力墙结构安全度，还能够控制工程的投资造价，设计人员根据剪力墙的平面布置情况能够真正实现剪力墙结构的设计优化，根据施工现场条件，制定正确的剪力墙设计方案，设计人员加强剪力墙施工质量的督查，制定科学的施工管理机制，强化施工管理人员的安全意识，要求其按照操作流程与设计图纸进行施工作业。

6　结束语

总之，当高层剪力墙的设计存在缺陷时，将会严重影响到剪力墙结构和整体建筑结构的安全性、稳定性，因此，高层剪力墙结构的优化设计已经成为当今社会关注的焦点。通过分析高层建筑的实际状况，并根据相关的规定对高层剪力结构进行优化设计，不仅能够显著地提高高层剪力墙结构和整个建筑的稳定性，还能够显著地降低工程成本，对促进我国建筑行业的快速发展具有非常重要的作用。

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TU318

A

1673-0038（2015）12-0031-02

2015-3-8

毛祖阳（1982-），男，助理工程师，大学本科，主要从事民用建筑结构设计方面的工作。