建筑结构设计中剪力墙的应用

建筑结构设计中剪力墙的应用刘玉鑫北京和裕房地产开发有限公司10176摘要：剪力墙是建筑结构中的重要组成部分，对建筑的稳定性和实用性有着重要的影响。本文就剪力墙在建筑结构设计中的应用做了简单介绍。关键词：建筑结构设计剪力墙应用Abstract:Shearwalisanimportantpartofbuildingstructre,hasanimportantinfluenceonthestabiltyandpractiabiltyofarchitecture.Thispaerbrieflyintroducedtheaplicationofshearwalinthedsignofbuildingstructre.Keyword:DesignofbuildingstructreShearwal Use中图分类号：S61文献标识码：A文章编号：剪力墙是建筑结构中的重要组成部分，对建筑的稳定性和实用性有着重要的影响。在建筑工程设计中，剪力墙结构由于其抗侧刚度大、侧移小和抗震性能好，有利于避免设备管道与非结构构件的破坏等特点，被广泛用于现代建筑结构设计中，尤其是高层建筑的结构。剪力墙的设计的方案是多样的，设计人员需要根据所在地区的情况，根据具体项目的要求来选择剪力墙的设计方案和施工方案。一、建筑结构设计中剪力墙的种类在建筑结构中，既承担竖向荷载，又承担水平荷载或地震作用的墙体就是剪力墙，也叫做抗震墙。从高层建筑结构来看，钢筋混凝土是一般剪力墙采用的主要墙体材料，多层建筑的抗震墙也可以采用砌体砖墙。根据剪力墙结构布置形式可分为框架剪力墙结构，剪力墙结构，短肢剪力墙结构，部分框支剪力墙结构，框筒结构，筒中筒结构，板柱剪力墙结构六大结构体系。二、建筑结构设计中剪力墙的设计应用1、在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，形成空间结构，抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近,以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。2、剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。应力分布比较规则，又与当前普遍应用的计算简图较为符合，设计结果安全可靠。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，当剪力墙的洞口布置出现错洞，叠合错洞时，墙内配筋应构成框架形式。3、较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，以避免剪力墙产生脆性的剪切破坏。墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体配筋能够充分的发挥作用，因此墙肢截面高度不宜大于8m。抗震设计时，应尽量避免在洞口与墙边或在两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度之比小于4的小墙肢。当小墙肢截面的高度小于墙厚的4倍时，应按框架柱设计箍筋按框架柱加密区要求全高加密。4、剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。5、剪力墙要避免洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚（否则应按框架柱设计），并用暗柱加强。6、控制剪力墙平面外弯矩，应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩。7、高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。在短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。8、不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁本身不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝，因此应尽量避免。三、剪力墙受力特点及设计、计算优化1、一般剪力墙的墙肢截面高度uh和厚度ub之比大于8；短肢剪力墙的墙肢高度与厚度之比为58。2、一般剪力墙根据墙面开洞大小情况，分为整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。这几种墙体受力特点为：1）整截面剪力墙。当剪力墙不开门窗洞口或虽开有洞口，但洞口很小时（洞口面积不大于剪力墙总面积的15%、且洞口间净距及洞口至墙边的净距都大于洞口长边的尺寸），把其看作整截面墙。此时，它们的受力性能犹如一悬臂杆，截面上的正应力仍符合平截面假定，在墙肢的高度上，弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主。2）整体小开洞墙。当剪力墙上的门窗洞口沿竖向成列布置，洞口的总面积虽超过了墙总面积的15%，但总的说来洞口仍很小时，称其为整体小开口墙。它在荷载作用下，在连梁处的墙肢弯矩图有突变，但在整个墙肢的高度上，没有或仅在个别楼层中才出现反弯点，整个剪力墙的变形曲线仍以弯曲型为主。3）双肢剪力墙。此类剪力墙上的门窗洞口尺寸较大，则整个剪力墙截面上的正应力已不再成直线分布，其变形曲线与整体小开口墙相近，仍以弯曲变形为主。4）壁式框架。当剪力墙具有多列洞口，且洞口尺寸较大，特别是当洞口上连梁的线刚度大于或接近于洞口侧边墙肢的线刚度时，则剪力墙的受力性能已接近于框架，宜按带刚域的“壁式框架”进行设计。此时，在水平荷载作用下其柱的弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数的楼层中都出现反弯点，整个框架的变形以剪切型为主。3、剪力墙的墙肢截面高度wh与厚度wb之比小于5时，称为小墙肢。其中，当wh与wb之比3时，宜按框架柱进行截面设计。4、在楼层最大层间位移与层高之比满足规范的基础上，以规范规定的楼层最小剪力系数为目标，使计算结果无限接近规范值。1）楼层最小剪力系数的调整原则。在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下，尽可能减少剪力墙的布置，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度使楼层最小剪力系数接近（不小于）规范限值，这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入同时降低工程造价。2）楼层最大层间最大位移与层高之比的调整原则。规范规定在计算多地震作用的楼层最大层间位移时，以楼间弯曲变形为主，计入扭转变形，可不扣除结构整体弯曲变形，因此，对于高层建筑应尽可能扭转变形最小，但又不能仅根据这些层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。在实际工程设计中，若剪重比已经较大，则不应一味地增加也要学会减小对应一侧的结构刚度，使其剪重比减小，地震作用减小，同样可以达到较好的效果。总之，建筑结构设计中剪力墙直接关系着建筑的抗震性、稳定性，作为设计人员要