摘要：建筑工程和人们的生产生活有着密切联系，而剪力墙结构作为当前高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层建筑领域，特别是近年来得到了迅速的发展，剪力墙作为承受垂直和水平荷载的结构,在高层房屋建筑中,既要发挥它具有足够的抗侧能力,又要克服其工程费用较高的缺点。文章围绕剪力墙结构的内容进行分析探讨。
关键词：剪力墙；建筑结构；设计；分析；
1.剪力墙结构概述
剪力墙结构，是一种剪力墙体，即其建筑墙肢的截面高度与其厚度的比值在5～8 范围内; 亦是用钢筋混凝土板代替昔日建筑物中承受水平和竖向方向荷载作用的墙体。剪力墙虽有侧移小、防震能力大、抗侧刚度大、承重力强、使室内墙面平整等优点，在高层建筑中得到广泛的使用，但是，高层建筑的墙体也不能完全只是用剪力墙，一方面是因为剪力墙造价高、施工程序复杂，另一方面则是过多的使用剪力墙会使建筑物的质量遭到损坏，从而影响建筑物的寿命。另外，在剪力墙结构设计过程中还要充分考虑其抗震能力，要准确把握好剪力墙墙体所承受的地震倾覆力矩与结构承受的地震力矩之间的比例关系。在剪力墙使用数量较少时，更要把这两者之间的比例控制在一个合适的范围内，通常会适当的减轻剪力墙墙体承受的倾覆力矩，同时把减轻的力矩控制在15～40范围内。
剪力墙一般分为四类，其依据: 剪力墙墙体是否开洞或者是开洞尺寸的大小。
1) 实体墙。
实体墙是一种有开洞或者没开洞的墙体结构，但若开洞则是开洞面积小于15%。此剪力墙主要为曲型变形，形象地说像一个整体的悬壁墙，在墙肢高度弯矩图上，既不存在弯点也不会发生突变。
2) 整体小开口的剪力墙。
这是指开洞面积在15% 以内的墙体，其受力特点: 虽会在连梁处发生突变，但墙体弯矩图则不会产生弯点。
3) 双肢或多肢剪力墙。
即开洞面积过大或者墙体上的洞口呈列状分布。与整体小开口墙的受力特点相似。
4) 壁式框架剪力墙。
这是指墙体开洞尺寸较大，且其墙肢线上与墙体连梁线上的刚度接近。它的受力特点与其他剪力墙不一样，它不仅弯矩图会在楼层处发生突变，而且在建筑的大多数楼层内产生弯点。
2.剪力墙实例分析
根据某大型住宅小区33层纯剪力墙结构住宅楼。总建筑面积约27143.4m2,建筑层高3.0m，室内外高差0.45m，建筑高度99.45m。为比较剪力墙布置方式对主体结构性能的影响，拟定两个方案，方案一:剪力墙上开洞的大小按照建筑图的洞口布置来建立模型，即飘窗处设高连梁(部分位置按照施工要求设置构造洞口，从而方便施工，如在两个分户单元山墙上开洞);方案二: 在方案一中墙肢很长剪力墙上开设尺寸较大的结构洞，如把一字形的截面改为L 形或T 形截面，将飘窗处的窗台改为加气混凝土砌块。计算开始之前，应根据规范选取正确的参数设置正确的特殊构件，如振型组合数，最大地震力作用方向，结构基本周期，周期折减系数，连梁刚度折减系数，框架梁刚度放大系数，偶然偏心等的参数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆规范用于控制结构整体性的主要指标常用: 刚重比和位移比，以及剪重比与周期比、相邻层间刚度突变等。通过几项主要指标相比，分析出两个方案不同的剪力墙平面布置方式对整体结构的受力性能的影响。
进一步研究了在不同设防烈度区，相同的剪力墙结构在地震作用下反应规律，分别计算在6 度和8 度区结构对地震的反应，随着地震烈度的增大，剪力墙所受的地震作用也随之增大，但高烈度地区的地震影响作用比低烈度地区的地震影响作用增大很多，因此在地震作用下位移和位移角也随之变大。两方案在6度区时整体主要技术指标均满足规范要求，两种方案的差别不大，都比较理想。但相对而言，方案二比方案一的技术指标更为合理。在8度这样的高设防烈度地区时，方案一较方案二更容易满足位移比的要求。
综合以上两方案设计分析对比，得出剪力墙的平面布置方法和开洞的方法对结构的整体受力性能和造价有较明显的影响，其主要表现在以下三点:
1) 动力特性方面。
结构的整体刚度较小时，方案的第一平动周期明显变大，平动周期与扭转周期之比变化不明显。方案一中第一平动周期与第一扭转周期值的比值均小于0．9。方案二通过在剪力墙上增大原有洞口或开设结构洞，使结构刚度变柔，从而增长了周期，说明结构布置更加合理。
2) 结构受力方面。
方案二结构所受的剪力和基底弯矩都小于方案一。因此减小结构刚度，使结构周期变长，从而有效地减少了地震力。
3) 结构变形方面。
两方案中结构的位移变形指标均满足规范中相应要求。在6度设防时，方案二的最大层间位移角比方案一有明显改进。但最大变形均发生在荷载工况为风载作用时，说明6度区时高层建筑的层间位移主要由风荷载控制，设计时应将风荷载作为最首要影响因素考虑。随着地震烈度的提高，结构所受的地震作用也随之增大。地震作用超过风荷载作用从而成为主要影响因素。因此在8度区时方案一的层间位移比方案二更容易满足规范的要求，且采用方案一时剪力墙的数量还可能进一步减少，以充分发挥建筑的空间性能的要求。
3.剪力墙结构设计中常见其他问题
剪力墙作为主要的水平抗震构件，它的平面刚度大，平面尺寸较小，在设计中容易满足结构尤其是高层结构的侧向位移限制和使用功能的要求，但随着结构的水平刚度增大，剪力墙承受的地震水平力也随之增大; 经研究机构相关的实验表明，在有横向钢筋约束的剪力墙结构中，可增强剪力墙的延性。通过合理的设置边缘构件的配筋范围、配箍量以及配筋形式可以做到相比不设置边缘构件，整体结构的耗能能力可提高约20%，极限承载力可提高约40%。另外，转角窗的设置会使得剪力墙的抗侧力刚度、自振周期、地震作用以及结构的整体受力性能均有一定的削弱，同时，其外墙内力明显增大; 因此尽量避免设置转角窗，如设置时应采取一定的加强措施，在实际工程设计中采取的措施有: 1)将转角窗处的楼板厚加为120mm,且双层双向配筋; 2)转角窗处从底到顶设置约束边缘构件。开洞截面高度及连梁跨度的大小对结构的整体影响比较明显，不容忽视，在工程实际设计中应根据具体情况，调整连梁的跨高比，使设计尽可能优化，符合规范要求。
4.结论及建议
1) 高层建筑结构应尽量选择合理的结构体系，平面形状上力求规则、对称、避免凸凹不规则，满足抗震规范的要求; 纵向刚度尽量做到连续，避免层间竖向构件不连续，尽可能保证良好的抗震性能。2) 通过两方案结构受力情况的比较得出，两方案均有比较好的刚度，在风荷载或者地震作用下不产生较大的水平位移，通过合理布置墙体，使结构受力更加安全、合理。3) 当剪力墙结构刚度较大时，通过减少局部的一般剪力墙或开设结构洞等措施，可有效减小两个方向的刚度，从而减少水平构件所受的地震力，达到安全性和经济性的较好统一。
参考文献
[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S]．
[2]JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]．
[3]王法武，唐敢，杨杰． 高层框架及剪力墙结构的侧移优化设计[J].工业建筑，2006(13)
[4]王涛.高层住宅剪力墙结构设计与研究[D].济南:山东大学硕士学位论文，2008．
[5]胥震.浅谈高层住宅剪力墙结构设计[J].四川建材，2013(53)
[6]王晓莉．高层剪力墙结构设计分析[J].山西建筑，2013，39 (5)
论文作者:蔡楚谊
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/3
标签：结构论文; 剪力墙论文; 开洞论文; 刚度论文; 方案论文; 墙体论文; 位移论文; 《基层建设》2016年27期论文;