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摘要：介绍了剪力墙结构的特点与设计原则，结合工程实例，阐述了墙面规划、墙体配筋设置、截面厚度与长度设置、平面与结构布置等设计要点，并对房屋剪力墙结构进行了计算分析，以增强房屋建筑的抗震能力，提升其稳定性与安全性。
关键词：剪力墙；房屋；结构设计；抗震性能
房屋剪力墙结构抗震性能较好，且房间内无梁、无柱，不仅能够较好的适应现代房屋建设的发展需求，也能大大提升房屋建筑的整体质量。因此相关单位与设计人员应不断对其结构设计进行探索，有效提升剪力墙结构设计水平，为提高房屋建筑的抗震性能、稳定性与安全性提供强有力的技术支撑。
1剪力墙特点与设计原则
1．1剪力墙特点
剪力墙是房屋建筑主体结构的重要组成部分，在保障结构抗震性能、稳定性和安全性方面占据着重要地位，同时将剪力墙结构引入房屋结构设计体系中，其能够帮助房屋承受风或者地震等因素导致的相关荷载，进而达到提高房屋建筑刚度的目的。其次在剪力墙的结构设计中，墙体的高度、长度与刚度设计应遵循相应的准则，并需采用钢筋混凝土整体浇筑法。同时就剪力墙的优点而言，主要表现为侧向刚度较大、适合高层房屋建筑、无外露梁柱和构件、对房屋内部空间美观无影响等；就剪力墙的缺点而言，主要表现为房屋建筑空间限制较大、不易拆除、钢材消耗大、经济优势不明显等。
1．2结构设计原则
在进行剪力墙的结构设计时，要严格遵守以下几个方面的原则：
1）房屋建筑的楼层和整体高度间产生的最大位移比；设计中需要将房屋结构的整体变形纳入考虑范围，同时剪切变形在很大程度上取决于房屋结构中的竖向构件，因此在设计中使用的剪力墙数量要适当，以免由于布置过多而产生扭转变形。
2）保证设计中连梁满足规范的超限标准限制；连梁超限主要是指将剪力墙中的连梁高跨比值设计在2．5以上，从而使墙体中的弯矩和剪力设计值符合剪力墙结构设计的规范规定，同时剪力墙结构所承受的地震能力要保证在规定的系数范围内，并需合理布置剪力墙，以保证房屋的最小剪重比能够满足规定的要求。
2工程实例
某高层建筑位于商业住宅区，下部2层为大空间商业区域，上部18层为高档住宅，采用部分框支剪力墙结构，结构主体高度为63．3m。工程抗震设防烈度为6度，设计地震基本加速度为0．05g，基本风压Wo=0．50kN/m2，基本雪压0．50kN/m2。底部加强区的框支框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为三级，非底部加强区的剪力墙抗震等级为四级，底部墙、柱混凝土强度等级为C40，工程所在地场类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为乙级。
3房屋剪力墙结构的设计要点
3．1合理规划墙面
设计人员在剪力墙结构设计中，应将目光放在建筑的两个主轴方向及其他主要抗侧力构件方向。从抗震角度来讲，剪力墙抗震烈度会直接影响墙体的刚韧性，如抗震烈度较大，会下降，反之则增大。因此设计人员应合理设计墙体的刚韧性和剪力墙的抗震烈度，并使之保持在合理数值范围内。其中，可用公式初步推断高层剪力墙结构基本自振周期，即T=（0．05－0.08）×n，其中，n为剪力墙结构层数。其次设计人员在规划设计方案时，应将剪力墙施工工期、施工材料等内容纳入考虑范围之内，尤其要注重施工成本的预算，进而在保障房屋设计质量的同时，降低施工管理成本、做好安全防范措施，从多方面保障剪力墙结构设计的科学性、合理性。
3．2墙体配筋的合理设置
在剪力墙结构中钢筋使用量较大，因此合理设置配筋是结构设计人员应考虑的重点问题之一，一般情况下，对于钢筋的最小值规范有明确规定，在满足钢筋最小值的前提下，可将水平钢筋和竖向钢筋分别设置在墙体外侧、内侧，同时在选择钢筋网片时应合理选取优化钢筋的强度等级、直径及间距，以减少结构总配筋量，实现节约钢筋材料的目的。
3．3截面厚度与长度设置
本工程的剪力墙墙肢平面外布置了与之相交的剪力墙，设计人员可将其看成剪力墙的支承，可以确保剪力墙平面外的刚度和稳定，同时考虑到房屋剪力墙抗震等级为三级，剪力墙底部加强部位厚度不小于160mm，而一字形独立剪力墙的底部加强部位厚度应不小于180mm，并可适当减少分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度，但应不小于160mm。另外根据相关规范，房屋剪力墙的墙肢结构长度应不大于8m，并要采取有效措施保持一定的延展性，避免造成结构脆性破坏。
3．4平面与结构布置
1）平面布置。在剪力墙设计过程中首先需要做好平面布置工作，一旦平面控制工作没到位，就会直接影响结构设计规则性，导致剪力墙结构刚度和承载力平面分布不合理，最终致使结构整体扭转效应明显，局部墙体出现变形或弯曲现象过大。因此设计人员需依据方案设计和专业规范，展开剪力墙布置作业，确保房屋结构平面设计的规则性，合理控制平面布局，使之达到合理范围，同时内墙体需要与外墙体相连，且墙体截面也要有规则性。
2）结构布置。在建筑区域四角横向及楼电梯周围布置落地剪力墙，宽度设为300mm，墙端设置扶壁柱，纵横向外墙中间跨设置一般剪力墙与扶壁柱，与角部剪力墙组成较大的外框筒，且墙厚为200mm，同时门窗洞口部位应当上下一致，防止因布置不当导致剪力墙承载能力减弱，从而致使因受力不均产生的变形，同时还需使剪力墙在垂直方向上的布置连续，避免刚度发生突变，且剪力墙的截面需明了、有规则性，在竖直方面要求其刚度适中、匀称。其次待桩基部分施工完成后需及时压实基坑回填土，压实系数不小于0．95，并在地下室地面处设置素混凝土地面。同时上部住宅与下部商业区域的转换层应采用受力明确、传力途径清晰的梁式转换构件，楼板厚度设置为200mm，采用双层双向配筋，为保证转换层的整体性，建筑楼板在每个方向的最小配筋率不小于0.25%。
4房屋剪力墙结构计算与分析
4．1剪力墙的数量
在进行剪力墙结构设计时，剪力墙的数量是十分重要的一项考虑因素，在独立的结构单元中，抗震墙的数量应符合《建筑抗震设计规范》中要求的最小间距及按结构弹性计算的层间位移比的最大值限制，只有在规范要求范围内，才能构建合理的剪力墙数量和位置，优化抗震墙的布置，才能增进剪力墙结构体系的合理性、经济性。为了满足抗震要求，提高结构延性，落地剪力墙所承受的地震倾覆力矩与底部总倾覆力矩之比应不小于50%。同时，根据多道防线的设计理念，框支柱承受的地震剪力之和应不小于基底剪力的20%。剪力墙的数量并不是越多越好，应防止由于结构刚度过大导致结构水平地震力增大的恶性循环。在水平地震的作用之下，应充分发挥剪力墙结构的结构特征，同时在按照计算公式进行剪力墙荷载最大值和最小值的计算时，应注意根据实际的计算数值进行调整，并应避免墙肢出现小偏心受拉现象。
4．2侧向刚度比
当转换层设置在上部住宅与下部商业区域时，可近似采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe1表示转换层上、下层结构刚度的变化，γe1宜接近1，不应小于0．5。经SATWE计算，本工程转换层与上层的侧刚度比γe1=1．17＞0．5，接近1，满足规范要求。对剪力墙结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ2可按高规式（3．5.2-2）计算，且本层房屋与相邻上层的比值不宜小于0．9。经SATWE计算本工程房屋本层与相邻上层的侧刚比最小值γ2=1．02＞0．9满足规范要求。
4．3剪重比
抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力标准值应符合抗震设计规范要求：
5结语
在剪力墙建筑结构设计中，结构设计师需在其设计理念的践行下，确保剪力墙结构布置合理，做好设计规划，并严格遵循相关设计规范标准及原则，使结构刚度与受力变形能力相协调，充分发挥剪力墙结构的优势，以有效提升剪力墙房屋在结构设计中的重要作用。
参考文献
［1］谭武．剪力墙结构在结构设计中应用［J］．四川水泥，2015（12）：137．
［2］郑鹏．剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的应用论述［J］．科技创新与应用，2017（3）：248．
论文作者:周德泓
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 结构设计论文; 房屋论文; 墙体论文; 钢筋论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;