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摘要：近年来，随着经济发展的突飞猛进，人们对建筑物的安全要求越来越高，也给高层建筑的结构设计带来了新的挑战。而在建筑结构的设计中使用剪力墙结构，不仅能够提高建筑物结构的承载能力，而且还能够提高整个建筑物的稳固程度。施工过程中应根据使用要求和实际情况，对不同的建筑结构选择合理的布置形式来进行剪力墙的优化设计，从而保证剪力墙布置的合理性和适用性。本文在此从几个不同的方面对剪力墙结构在建筑结构设计中的几个重要应用做了一定的分析。
关键词：剪力墙；建筑结构；连梁
前言
剪力墙能够承受建筑当中所有载荷所引起的内力，在确保结构安全及建筑使用功能的前提下，充分发挥构件的受力特性，优化结构设计，做到技术可行、经济合理。结构设计过程中要根据具体需要，对建筑结构进行科学合理布局，综合采取有效对策，提高剪力墙结构设计水平，为后续施工创造良好条件，提高整个建筑结构的安全性、经济性。
一、剪力墙结构设计概述
剪力墙结构是指在建筑中墙肢的截面高度和厚度之比在5～8范围内的剪力墙体。如果在一个建筑结构内，剪力墙设置较多的话，就需要采用筒体的支撑形式，以便于和剪力墙产生的水平作用力相平衡，在高层建筑中多采用部分剪力墙的结构设计形式。在剪力墙结构中进行抗震结构的设计，墙体所承受的地震倾覆力矩不能够低于建筑整体结构的倾覆力矩。如果整体结构中的墙体较少，倾覆力矩可以适当减少30%左右。
二、剪力墙结构设计在结构设计中的应用
1、根据不同的剪力墙结构特点，设计符合实际需求的墙体结构
抗震设计时，高层建筑的一般剪力墙和简体墙所承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，工程上将该数值落在40%～50%区间以内的情况称为短肢剪力墙结构。高层建筑的剪力墙结构设计应该严格遵循《高层建筑混凝土结构技术规程》中的相关规定，该规程严格规定出高层建筑结构不应该全部设计为短肢剪力墙结构。经分析发现，当建筑结构的短肢剪力墙设计较多的情况下，应该尽量采用布置简体的形式或者直接选用一般剪力墙结构，进而形成由短肢剪力墙与一般剪力墙共同抵抗水平力的剪力墙结构。
2、结构计算
进行设计剪力墙结构设计中，应该根据设计需求进行设计，使得设计更加合理。最常见的一个问题就是，剪力墙结构如果刚度不够强时，当满足了规范需求时，尤其是满足了楼层最大位移以及高层之间设计需求。这样就可以更好的保障在剪力系数，使得计算结果更加准确。因此，在进行结构设计时，应该做好高层建筑扭转环节，高层的高度应该控制在合适范围内。设计高层建筑应该不能大于这个楼层的平均值，同时也应该满足该楼层平均值，应该将剪力墙的连梁应该控制在超限内，符合规范需求。高层建筑不应该将短肢剪力墙进行设计，设计时应该更多注意，当短肢剪力墙比较多的时候，应该适当的进行调整，这样就可以更好的抵抗了水平力类型的剪力墙体。
3、对剪力墙进行合理定位
在剪力墙设计的过程中，要顺应建筑物的主轴方向进行双向布置，尽量减少出现单项墙的形式。（1）如果在建筑的设计中牵涉到弧形、圆形或多边的平面结构，可以将剪力墙设计为环形或者沿着径向的位置设置剪力墙。（2）在设计中如果呈Y型的结构，就需要根据建筑自身的三个轴线的分布方向进行剪力墙的设置。（3）在结构的设计中如果呈现出T型或矩形等平面结构，就需要沿着自身结构的两个轴线的方向进行设计。
4、剪力墙厚度确定
《高层建筑混凝土结构技术规程》中对剪力墙的截面尺寸具体规定“按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1／16，且不应小于200mm，按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm，其他部位不应小于层高或剪力墙的1／25，且不应小于180mm。
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5、墙肢长度确定
墙肢的长度指的是整个剪力墙的截面高度，此参数的确定对于保证剪力墙结构稳定性和外观的协调性有着巨大的作用。一般情况之下剪力墙墙肢长度需要控制在八米以内，而在剪力墙结构之中为了进一步的确保墙体构造的延伸性，合理的避免外力对于墙体的损坏，还可以将宽度和高度比例相差较大的部分采取弯曲设计的形式，设计成延伸性的剪力墙，合理的避免了弯曲对于墙体造成的损害。但是在实践设计之中部分建筑的墙体长度比较大，所以为了进一步的确保剪力墙的墙体宽度和高度之间的比值，需要采取开洞的方式，将墙体分隔成为连续的、均匀的、长度比较小的连续肢墙，针对其开洞的设计应当采取弯矩约束比较小的弱连梁的设计形式，来增强墙体的结构稳定性和刚性。
6、配筋设计
应该根据剪力墙的厚度来进行配筋设计，墙厚小于14cm时，应该采用双排配筋；当墙厚为40cm～70cm时，应该采取三排布置配筋；而当墙厚大于70cm时，则应该采用四排配筋，而且应该将受力主筋均匀的布置成排。在一、二、三、四级抗震设计以及非抗震设计时，剪力墙的竖向与水平分布筋配筋率应该不小于0.20%，钢筋直径应该不小于8mm，其间距应该不大于30cm。对于部分框支剪力墙结构，抗震设计时加强部位的配筋率应该不小于0.3%，钢筋直径应该不小于8mm，间距应该不大于20cm；非抗震设计时应该不小于0.25%。房屋顶层剪力墙、楼梯间、电梯间剪力墙、端部开间纵向剪力墙的配筋率应该要控制在0.25%以上，而且钢筋的布置间距不应大于20cm。
7、约束边缘构件处理
无约束边缘构件剪力墙和有约束边缘构件剪力墙相比较，其极限承载力降低40%，极限层间位移角就会减少一倍，对地震能量的消耗能力就会减少20%，因此，在设计剪力墙结构时，要根据不同级别的剪力墙轴压比，选用相对应的边缘构件。剪力墙边缘构件可以分为约束边缘构件和构造边缘构件两种情况，对于一级剪力墙和二级剪力墙结构，当剪力墙底部加强部位上面的普通部位和三级、四级非抗震设计建筑底部加强部位轴压比小于相关规定时，要设置构造边缘构件；当一级剪力墙和二级剪力墙结构，当剪力墙底部加强部位和高层建筑、重力荷载作用下墙体的轴压比大于相关规定，要设置约束边缘构件。
8、连梁结构设计
墙肢和墙肢之间的跨高比小于5通常称之为连梁，而剪力墙的连梁能够更好的平衡水平负荷力，并能够对剪力墙肢起到一定的约束和稳定的作用，因此，剪力墙之间的整体结构有着非常重要的作用。因此，在设计剪力墙连梁结构时，其设计师要主要对剪力墙的连梁结构的刚度按照《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第4 1 7条规定：“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架―剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55，一般在实际设计中我们在0.55-1之间取值。此外，设计师也要适当对其设计的数据进行相应的改变，使得剪力墙能够发挥其最大的优势和特点，保证其地震作用下的承载力。
9、过渡层设计
对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，比如底层框架剪力墙结构，其过渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震中需要提供的抗倾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均匀荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者压剪的应力状态，而一旦有横向荷载作用时，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力及其抗裂性能都将相应地降低。根据试验表明，在垂直和反复横向荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力大约会降低两到三成。而如果按验算一般墙体横向承载力的方法，当其托梁的高跨比或者垂直荷载较小时，就将会过高地估计过渡层或者转换层剪力墙的抗震承载力，从而降低结构抗震的安全可靠性。
三、结语
综上，剪力墙结构设计的应用的重要性被不断的凸显，实际设计过程中要根据具体工程的特点，对其剪力墙的受力状态进行正确的计算分析，合理选用剪力墙的长度、宽度和位置，对建筑设计中的各个细节进行优化设计，最终确保建筑工程的安全性以及经济性。
参考文献：
[1]沈蒲生.高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，2014．
[2]朱放.剪力墙结构设计在高层建筑中的应用[J].城市建设.2010（13）
论文作者:李新春
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/26
标签：剪力墙论文; 结构论文; 墙体论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 构件论文; 不应论文; 《建筑细部》2018年第28期论文;