摘要：剪力墙结构设计是一项系统且复杂的工作。随着当前高层建筑的不断增多，对剪力墙结构技术进行细致研究，探究其优化设计的关键要点，发挥出剪力墙结构的整体优势，对于保障建筑项目功能结构的安全具有重要意义。由于钢筋混凝土剪力墙可结合建筑隔墙灵活布置，结构侧向刚度大，连梁具有很好的耗能性能，因而民用建筑(特别是高层建筑)中广泛运用。作为建筑行业的设计人员，要对剪力墙结构这种常见的结构类型有深入全面的认识，采取有效的措施手段对各项环节进行优化设计，提升建筑结构的设计水平。相信随着相关研究及实践工作的不断深入，高层建筑剪力墙结构设计的发展将会迈向一个新高度。
关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计
1.剪力墙的认识与分类
1.1剪力墙的认识
剪力墙是指建筑结构中，用来承受竖向荷载、水平地震作用以及风荷载的主要受力构件。剪力墙的平面内刚度很大，而平面外刚度很小。在建筑行业中对剪力墙也有很多叫法，有叫抗风墙、抗震墙、结构墙、剪力墙等。墙体材料一般情况下选择钢筋混凝土，主要的受力钢筋布置墙体两端，墙体中部均匀布置水平及竖向分布钢筋。
1.2剪力墙在结构设计的划分
在剪力墙结构设计的过程中，根据不同的建筑功能的需要，常常会在剪力墙开设洞口，而剪力墙因为开洞方式的不同，力学性能也差异较大，所以设计人员应当对剪力墙是否开洞，以及开洞的大小、位置造成的力学性能的差异，进行全面的了解，这样可为后续的结构设计工作，提供指导。下面就对剪墙的类型进行了简要的划分：
(1)整体剪力墙。
所谓的整体剪力墙主要是指墙体没有进行开洞，或者开洞但是墙体开洞的面积没有超过墙体面积的16%并且洞的长宽均小于洞口净距及洞边距，这样的剪力墙主要是以弯曲型为主，可视为实体弯曲悬臂梁，具有良好的承受能力和变形能力。
(2)整体小开洞的剪力墙
剪力墙的开洞相对较小，但是其开洞的面积已经大于16%，洞口两侧的墙肢用连梁连接，墙肢与连梁的刚度均匀，这样的开洞剪力墙依旧接近于实体弯曲悬臂梁,以弯曲变形为主，墙肢受到的总局部弯矩小于15%的水平荷载产生的总弯矩，墙肢基本无反弯点。
(3)联肢墙
联肢墙是在整片墙上开设了较大洞口，墙肢的刚度大于连梁刚度，墙肢受到的总局部弯矩大于15%的水平荷载产生的总弯矩，墙肢大部无反弯点，任以弯曲变形为主。
(4)多肢独立墙
多肢独立墙是在整片墙上开设了高大的洞口，连梁刚度极小，墙肢刚度远大于连梁刚度，墙肢受到的局部弯矩等于水平荷载产生的总弯矩，墙肢无反弯点，相当于多肢悬臂弯曲实体梁。
2. 结构设计中对剪力墙长度和厚度的选取以及布置
剪力墙墙肢的长度对建筑侧向刚度的影响较大，墙肢的厚度对墙肢稳定性影响较大。因此，只有对其相关的内容进行全面的了解和掌握，这样才能为剪力墙结构设计的过程中，做到合理的选取剪力墙截面尺寸。下面就对剪力墙结构厚度和长度，进行了简要的分析和阐述：
2010年后，新规范《建筑抗震设计规范》GB5001l一2010( 以下简称抗震规范) 及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2010( 以下简称高规) 颁布实施。新规范对一般剪力墙（肢截面长度与厚度之比大于8的剪力墙）及短肢剪力墙（所谓短肢剪力墙,《高规》有明确规定，短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面长度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙）做了详细的划分和更严格的限制。在结构设计时应尽量多的采用一般剪力墙，这样可以在保证建筑结构安全的前提下取得较好的经济效益。但是剪力墙也不是越长越好。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆墙长超过8m的剪力墙（属于超长墙肢），由于其单片墙的刚度很大，吸收了大量的地震作用，还由于超长墙肢的延性较差，地震时往往不能充分发挥作用，导致其他相对较短的墙肢（刚度相对较小的墙肢）会承担比计算大得多的地震作用，更容易破坏，所以为了保证结构的安全，应对超长的剪力墙进行开洞处理，形成独立墙肢或者联肢墙，墙肢之间设置弱连梁。
对于墙体厚度的选择，则应首先满足《高规》、《抗震规范》中对墙体稳定验算的要求，其次根据墙体的抗震等级、所在的部位来选取合适的墙体厚度并满足建筑功能分隔的需要。
对于剪力墙的布置，并不是剪力墙越多越好，合理的选取剪力墙布置位置并控制剪力墙数量是关键，剪力墙的布置应当尽量使结构质量中心与刚度中心的重合，并应能加强建筑周边的刚度，避免结构出现过大的扭转效应并且有足够的抗扭转刚度。
3.剪力墙墙肢设计的要点
3.1剪力墙边缘构件设计
试验表明，剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力，与端部边缘构件（暗柱、端柱、翼墙和转角墙）的范围有关，如设有暗柱的剪力墙比不设暗柱的墙体消耗地震能量增加23%左右。这是因为在剪力墙两端设有端柱或暗柱的剪力墙，不仅可防止端部钢筋压屈并约束混凝土，还可以阻止腹板内斜裂缝迅速贯通；在腹板混凝土酥裂后，端柱仍可抗弯及抗剪，结构不至于倒塌。因此，剪力墙墙肢端部应严格按《高规》、《抗震规范》要求设置约束边缘构件或构造边缘构件，目的是通过约束边缘构件为墙肢两端的混凝土提供足够的约束，以保证剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能以及耗能能力。
3.2合理设计剪力墙连梁
在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于该地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于该地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，连梁应作为第一道抗震防线和主要耗能构件,要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。连梁设计时需做到以下方面：①连梁刚度要折减。连梁由于跨高比小 ,与之相连的墙肢刚度大等原因 ,在水平力作用下的内力往往很大 ,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝 ,刚度减弱 ,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时 ,就需对连梁刚度进行折减,按照《高规》的要求，折减系数不宜小于0.5，并按照不同设防烈度来调整；②增加连梁跨度并减少连梁截面高度。在连梁设计中 ,刚度折减后 ,仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况 ,这时可以增加洞口的宽度(即连梁的跨度) ,以减少连梁线刚度，减少了结构的整体刚度 ,也就减少了地震作用的影响 ,使连梁的承载力有可能不超限。③增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度 ,其结果一方面由于结构整体刚度加大 ,地震作用产生的内力增加 ,另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后 ,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙 ,而是小于这个比例 ,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
④提高连梁混凝土等级。混凝土等级提高后 ,结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例 ,有可能使连梁的受剪承载力不超限。
结束语
随着生活水平的不断提高，人们对居住建筑的需求提出了更高的要求，大量高层建筑开始出现，这不仅实现了土地使用面积的节约，而且建筑用途更具多样性。在建筑结构中，通过应用剪力墙结构，在满足建筑最基本的使用功能的同时，还能够更好的满足人们对建筑的安全性、个性化、经济性及耐久性等要求。
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论文作者:陈亮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/18
标签：剪力墙论文; 刚度论文; 开洞论文; 结构论文; 墙体论文; 荷载论文; 截面论文; 《基层建设》2017年第13期论文;