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摘要：随着人们生活水平的不断提高，人们对高层建筑的空间要求越来越高，高层住宅结构以剪力墙结构居多。由于剪力墙结构墙肢厚度可与填充墙厚度一致，平面就没有像框架柱向房间内凸出部分，能有效地提高了空间利用率。所以高层住宅中便越来越多的采用剪力墙结构。本文对剪力墙结构设计的概念、结构形式、基本原则以及应用等方面给予介绍，以更好地推动该技术在我国建筑行业的发展，提高建筑结构质量。
摘要：建筑结构；剪力墙结构；设计；分析
前言
随着我国建筑产业的不断发展，目前，对于12～30层的高层建筑，广泛采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理的剪力墙结构，其中剪力墙设计是建筑结构设计中一个重要内容，剪力墙结构不仅具有侧移能力小、抗侧刚度比大的特点，而且具有较强的抗震能力。由于某些剪力墙结构应用较少，因此不少设计人员对剪力墙的概念、截面形状尺寸以及相关的技术和规范理解和掌握的还不够健全，从而制约了剪力墙结构设计的进一步发展。这时就需要对其进行不断的改善，以更好的适应建筑结构设计的发展。
1剪力墙结构概念
剪力墙结构是由指剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。具体地说，剪力墙结构由剪力墙和剪力墙开口形成的连续梁组成，其变形特征是弯曲变形。剪力墙是一种抗侧力单元，其在受力方向上的截面高宽比大于4，使其在水平作用下，剪力段的问题更加突出。因此，剪力墙结构必须依靠各层支撑保证平面外的稳定性，由于楼板的经济约束（通常在剪力墙间距一般为3米至8米），所以剪力墙结构主要适用于有小房间设计要求的高层建筑、公寓旅馆等建筑。
2剪力墙结构的形式
2.1无洞单肢结构
无洞即是指在剪力墙的立面上没有洞口，属于竖向的悬臂结构，其弯曲和变形均符合平截面的假定，内力和形变计算都可以采用材料力学方法进行。
2.2小开口整体墙
墙面上有很小的开口，可以忽略不计，因此其实际上还是一个悬臂构件，横截面的形变也符合对平面的假定。若其开口大一些时，墙肢出现由于局部弯曲引起的应力但不超过整体弯曲应力的15%时仍然可以认为其变形符合对平面的假定，依然可以应用材料力学的方法进行计算，但要加以修正。
2.3联肢墙
这种剪力墙由若干弧形结构连接。事实上，在住宅建筑的墙壁上有大量的垂直开口，即窗户，如果开口在建筑物的内部，它们就是门或走道。由于这些所谓的开口的存在，整个墙壁被划分为地板连接的墙壁元素，这是相关联的墙。剪力墙的完整性受到孔洞的破坏。结果表明，水平荷载作用下的正应力分布不再是线性的，墙体和臂的线性刚度增大。仅在少数楼层出现反弯点。
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3剪力墙结构设计中的基本原则
3.1依据剪力墙的特点进行设计
由于剪力墙的平面外承载力和刚度以及面内承载力和刚度呈现相反的趋势，前者较小，后者相对较大，一旦与剪力墙相连，则出现平面外弯矩。在正常情况下，不检查剪力墙的平面外刚度和承载能力。因此，最好不要和平面外进行连接，如果不能避免，应采取适当措施，保证剪力墙平面外高安全性。
3.2连梁超限调整
一般情况下剪力墙的连梁跨高比基本上都高于2.5，如果跨高比小于2.5的话，连梁就会很容易出现弯矩现象，并且剪力就会超过规范限值。而在相关规定中，跨高比要高于5的情况下，也应按照相应的框架梁施工结构设计，也就是说不折减梁刚度，也很容易发生弯矩，或者是剪力超过限值的情况。如果在实际的工作和施工中，能够多加注意这一点，就会对建筑工程的造价起到节省成本的重要意义。
3.3简化抗震设计
对于主结构布置相对简单的建筑物，可通过空间协调平面框架计算剪力墙结构的设计。主体结构的布置比较复杂的施工项目，需要分析其位移和内力等空间分析。同时，在实际的设计过程中，我们必须坚持简化计算的原则开展设计工作，且在对底盘长宽进行计算时需要能够在结合建筑主体结构长宽的基础上对其开展分析工作，并尽可能地以成比例的方式进行设计。
3.4剪力墙的布置原则
在进行剪力墙结构设计时，一般沿着主轴方向进行双向和多向的布置，使不同方向的剪力墙能够相互连接，同时还要防止出现拉通对直的情况。为了使剪力墙具有较高的抗震能力，应该尽可能的使不同方向的侧向刚度接近。而剪力墙的墙肢设计也应该尽可能地简化。同时为了确保剪力墙的性能，要防止出现单方向有墙的情况。同时要注意整个建筑结构中剪力墙的分布情况，要尽量保证分布均匀。
4剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
4.1剪力墙合理平面布置
剪力墙在平面上的布置应该具有规则、简单的特点，并且应该沿着主轴方向或者其他方向进行双向布置，而且两个方向上剪力墙的侧向高度差距不宜过大。在进行剪力墙抗震设计时，不要只向一个方向设置剪力墙。由于剪力墙的布置会对其自身结构的侧向刚度产生较大的影响。在剪力墙的施工过程中，必须尽可能地满足周围区域均匀布置的原则，并利用相关的设计软件对剪力墙的结构和受力特性进行有效的分析和计算。例如，在设计填充墙时，必须尽可能满足相应结构设计的要求，适当增加圈梁和结构柱，以确保地震发生时居民能安全逃生还要尽可能采用电梯井、山墙以及楼梯井作为剪力墙。在剪力墙竖向布置中，应采取措施避免改变材料轻度和变截面对楼层建设的影响，避免墙体刚度突变。
4.2剪力墙中大墙肢相关处理
剪力墙为了确保质量，必须具备一定的延展性。最大墙肢如果超过了8m，最好对其进行开洞的处理。一般采用开计算洞和开施工洞的办法，所谓计算洞就是在进行结构计算时假设剪力墙存在洞，但是在进行施工时仍然是混凝土墙，这样可以使其他较小墙肢的配筋能力获得增强；而施工洞就是在施工过程中就在墙上留下洞，在施工结束时采用砌填的方法填充墙体，这样可以实现将长墙肢分为短墙肢。
4.3约束边缘构件处理
在建筑结构设计中，首先要分析剪力墙的结构特点和受力的特点，加强剪力墙洞口两侧以及剪力墙两端的强度，如果必要，也可以在剪力墙中适当的部位安装约束边缘构件和构造边缘构件。在约束边缘构件设计中，框筒结构、框剪结构等设计规范和标准比普通剪力墙设计更为严格。抗震性能要求不高，而且对剪力墙没有特殊要求，它也必须满足相应的界限值。大量的研究数据表明，槽形或工字形剪力墙性能明显优于矩形剪力墙。
结束语
随着我国国民经济整体水平的持续提高和建筑结构设计发展速度的持续加快，高层建筑将是现代建筑的主流。剪力墙结构在建筑设计中集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料，抗震性能好，施工比框架结构简单快捷等优点对于提高建筑质量也发挥着重要的作用。因此建筑结构设计人员应对剪力墙结构设计原理有着清晰的理解，从而能够在此基础上通过不断设计实践的进行来促进我国建筑工程整体设计水平的有效提高。
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论文作者:孙聪,孙鹏,李洋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/16
标签：剪力墙论文; 结构论文; 结构设计论文; 刚度论文; 平面论文; 建筑论文; 构件论文; 《防护工程》2017年第35期论文;