建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用浅析

2016-03-16仇扬军

环球市场 2016年4期

关键词：墙肢剪力墙墙体

仇扬军

安徽省歙县建筑设计院

建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用浅析

仇扬军

安徽省歙县建筑设计院

剪力墙结构作为建筑结构设计的重要结构，在建筑行业中的应用十分广泛。要实施剪力墙结构的设计，设计人员不仅需具备扎实的理论基础，同时需要具备丰富的实践经验。本文对其在建筑结构中的具体应用的看法与思考，为建筑同行提供一些参考。

建筑结构设计；剪力墙结构；运用

前言

随着现代社会生活水平不断提高，人们对于居住环境的舒适性有了更高的要求。剪力墙结构的墙肢厚度和填充墙之间保持一致，其平面不会像框架柱一样凸出到房间内，可促使空间利用率有效提高。因此剪力墙结构在建筑工程中的应用日益增多。

1　剪力墙结构概念、特点以及设计原则

剪力墙结构在目前的建筑物设计实践中已经被越来越广泛地运用，尤其是那些大型高层建筑，使用案例更是比比皆是。因此，剪力墙结构已然成为建筑工程设计领域一个传统问题。在高层甚至超高层建筑不断涌现的现代社会背景中，怎样在建筑物设计中既符合建筑物创新、绿色、高效、安全又要满足时下设计师与建筑使用者追求新颖性和个性化要求，已经成为建筑设计者重点思考与研究的问题。

1.1剪力墙结构概念

剪力墙结构，即承载各种负荷带来的各种横向力和纵向力时，主要运用钢筋混凝土板而非过去的框架结构，而且能有效控制结构的横向力。剪力墙结构在目前的高层与超高层建筑结构设计中被大量的使用。

1.2剪力墙结构的特点

剪力墙有时候也叫挡风抗震墙、结构墙，因而剪力墙在建筑物结构中的主要功能在于承担各种负荷，是一种主要的支撑结构。剪力墙作为承担纵向荷载（重力）与横向荷载的最重要结构，能够与墙体、楼板一起构成荷载体系。这种结构主要缺点是很难拆除。就中国目前建筑工程设计状况来讲，这种墙体结构受材料耗费大、造价高与施工困难等原因的限制，许多建设单位不倾向使用这种结构。因此设计师在剪力墙结构设计中需要认真的进行归纳和总结，设置合理的部位，充分发挥其优势，努力克服技术问题。

1.3剪力墙结构设计原则

剪力墙在我国目前的建筑结构设计中被广泛运用。剪力墙在各种建筑中主要作用为承受风荷载、水平荷载，因此可以说剪力墙在建筑结构中主要起着支撑作用。同时设计师对剪力墙结构的选择还要考虑到其在抗震与抗风方面的良好特性，当发生地震时，剪力墙能够及时有效地将能量吸收，防止墙体结构受到地震能量的剪切破坏。受到这一原理的指导，设计师在建筑设计的时候对于剪力墙结构需要注意合理控制剪力墙高宽比。因为剪力墙结构的高度较高，宽度较宽，但厚度较小，几何形态很明显，这就使受力形态很明显地呈柱状结构。然而，其受力形态又明显区别于柱体，二者厚度和肢长之间存在显著的差异性，当二者比值小于一定值的时候完全可以依照柱体结构数据去设计。剪力墙墙体结构在设计的时候呈平面结构，其承受相应的水平力、弯矩力的时候是沿着平面在作用，除此之外，还要承受相应的纵向压力。基于此，在建筑设计的时候不仅要满足弹性要求，还要满足非弹性以及延性要求。建筑设计师设计墙体的时候，要综合分析、计算墙体纵向重力和横向延展力。设计师针对剪力墙承载能力的综合分析与计算过程中，取值的时候依据分析计算带翼墙的宽度和门窗与洞口之间的翼缘距离还有剪力墙之间的宽度的最小数值，这个最小数值通常都是墙肢总体高度的10%。

2　剪力墙结构分类

剪力墙结构共分为四类，分类依据为剪力墙上是否有开洞以及开洞大小。其分类如下：（ 1）整体小开口剪力墙：整体小开口剪力墙的开口虽然相对较小，但其开洞面积为15% 以上。剪力墙主要发生弯曲型变形，而整个墙肢高度基本无反弯点，墙上弯矩图位置出现变化；（2）截面剪力墙或实体墙不开洞，或开洞面积不足15%，这一种剪力墙主要发生曲型变形，整个墙肢高度上弯矩图无弯点、无突变；（3）壁式框架：壁式框架剪力墙上有较大的开洞，连梁线具有与墙肢线十分接近的刚度，整个受力墙发生剪切型变形，其受力特点类似于框架结构。在高层建筑楼层中，这一剪力墙会有反弯点，而楼层之处也有有弯矩图突变；（4）双肢、多肢剪力墙：这一种剪力墙一般具有较大的开口或洞口以成列方式分布。其开口和整体小开口的剪力墙虽有不同，然而二者之间有十分相似的受力特点。

3　在建筑物结构设计中剪力墙结构的运用

3.1合理定位剪力墙

尽最大可能的均匀与对称是剪力墙平面设计应当遵循的基本原则，以便缩小扭矩。剪力墙内部与外部应当尽最大可能地对直与拉通，其肢截面应当具有简洁性和规则性。尤其是目前常用的整体剪力墙形式，对截面的规则性以及应力分布需要严格注意。通常情况下，墙上门窗洞口等开洞面积在墙面整体面积的15%以下，且孔洞净距和孔洞至墙边的净距大于孔洞长边时，可忽略洞口对墙面的影响，按整体悬臂墙的方法对墙处于水平荷载下的截面内力进行计算。

3.2对大墙肢的处理

在施工的时候剪力墙结构因为自身有对延伸性的要求，所以，墙体设计和结构施工过程中同样需要符合延展性方面相应的要求，这一点对于提升剪力墙结构承重力度和完整性特别重要。一般情况下，在设计剪力墙过程中特别容易设计为高状结构，而且特别容易出现墙体结构体系模式和弯曲破坏结构，如此一来，脆性破坏情况特别容易出现。所以，在剪力墙设计过程中，那些墙体结构长度较长的墙体设计不仅要符合其承重要求而且要对其进行间隔分层设计，将其分割成为独立的小巧、均匀的墙段，这种设计方式对于提升剪力墙结构的承重能力特别有效。此外，当墙段长度较短的情况下弯曲而生成的裂缝明显缩小，高效发挥了剪力墙体配筋的支撑功能。为了使这种不利情况有效避免，对于那些＞ 8m 的墙肢，有两种处理方法可供采纳：一是在施工过程中墙体留洞，竣工的时候填充完整，将长墙肢分割为短墙肢。二是开计算洞，也就是在计算结构的过程中将洞纳入计算范围，施工开始的时候仍然是混凝土墙，利用这种形式的计算方式，使其小墙肢的配筋功能大大提高。

3.3剪力墙结构的墙体配筋情况

就剪力墙结构来讲，其墙面广、量大，所以剪力墙配筋控制得当对于墙体结构稳定性与安全性以及工程施工的经济性有极其重要的意义。剪力墙结构墙体配筋一般是将纵向钢筋放置于内侧，将横向钢筋置于外侧，符合计算和规范的最小配筋率是剪力墙配筋的时候必须要满足的。在选择了双向钢筋网片的情况下，迎水面保护层厚度最小可取值为30mm，如此一来，墙体配筋量将大大减少。