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摘要：近年来，高层住宅建筑越来越多的采用剪力墙结构，因为剪力墙不仅能提供灵活的使用空间，而且还能简化设计和施工流程，提高效率，降低成本。但在实际的建筑结构设计工作中，由于考虑不全面、结构布置不合理等原因，使得剪力墙结构的作用与特点并不能得到充分发挥，甚至还有一些结构方案存在安全问题。对此，要严格根据建筑实际情况和使用要求，对具体问题采用适宜的设计方法，满足规范要求，保证建筑结构设计质量。
关键词：建筑结构设计；剪力墙结构；设计方案
剪力墙结构设计直接影响到建筑整体安全和工程经济性。因此，在实际工作中有必要对剪力墙结构受力、性能、特点、要求和不同构件间的相互作用进行深入了解，从实际入手对设计进行不断改进和优化，实现预期设计目标，在保证结构安全性及各项性能的基础上，降低工程造价，提高经济效益
1建筑结构设计中剪力墙结构概念方案布置
剪力墙结构概念方案布置是进行剪力墙结构设计的前提，而布置设计的合理性与否对整个工程造价有很大的影响，下面对剪力墙结构布置进行简单的介绍。剪力墙布局应沿两个主轴方向双向进行布置，尽量做到分布均匀，这种安排，能够让两轴刚度尽可能接近。剪力墙集中布置会导致结构载荷中心和刚度中心偏移，造成较为严重的扭转效应。剪力墙的分散布置会导致梁板跨度加大和刚度分布不均匀，而在跨度增大时，会增加结构的重量，增加地震效应，从而增加工程造价；另一方面，剪力墙间距太大，以致于单片剪力墙承受荷载过大，增加了轴压比，从而对剪力墙延性设计产生影响。以及结构在不规则的地震扭转薄弱部位凸起后形成棱角。扭转大变形导致扭转破坏。因此，考虑剪力墙平面布置，应单独布置，并用对角线局部加强。在平面角部尽量布置L形墙肢，还可采取设置端柱及转角部位楼板中设置暗梁等构造措施进行加强，以达到提高其扭转刚度的目的。剪力墙竖向布置宜沿房屋高度通高布置、上下对齐、连续布置，墙厚及墙长沿高度宜均匀变化，以达到竖向刚度逐渐变小，从而能够有效避免竖向刚度发生突变情况。这样既经济又能满足承载力、侧向变形的要求。
因此，剪力墙结构的布局对整个结构的合理性和经济性有直接的影响。目前，结构的经济性已成为结构设计中必须考虑的因素。在满足安全的前提条件下，最大限度地利用有限的资源，是结构工程师要去探索的问题。因此，在合理布置剪力墙的前提下，尽可能节约经济，降低工程造价。而对于结构的关键部分或者计算模型与实际情况不相吻合的部分，至少使用两种不同结构软件进行了分析计算，并进行了围护结构设计，加固了结构。在概念布局的早期阶段，结构设计师应与建筑师密切合作，确定合理的安排以避免不规则或严重的不规则的平面与立面。实现技术先进，安全适用，经济合理的总体设计，达到降低总成本的目的。
2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
2.1剪力墙结构设计原则及要点
通常情况下，剪力墙的高宽要远大于其厚度，其受力形态类似于框架柱，都是压弯构件，压弯破坏状态以及计算原理基本相同。但是截面配筋构造有很大不同，具体的情况还是要根据肢长和厚度比值的范围来选择。当肢长与厚度比值不超过4，可以参照框架柱的要求来进行截面设计。当两者比值超过4但小于8，则按照短肢剪力墙的相关要求来进行截面设计。当两者比值超过8时，按剪力墙的要求来进行截面设计。剪力墙结构，既要承担水平剪力及弯矩，还需要承担竖向的压力。所以在考虑到剪力墙结构的抗震要求时，要同时考虑其刚度和延展性。
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2.2平面内搭接
剪力墙以平面内受力为主，建筑结构中，剪力墙需要在结构平面的主轴方向双向布置，分别抵抗来自各方向的水平力，墙端与计算方向垂直的翼墙不仅可以增大计算方向的剪力墙的刚度和承载力，还能增大弹塑性变形能力。剪力墙外的平面布置会影响到剪力墙结构的作用。剪力墙的特点是平面内的承载力及刚度大，而平面外的承载力和刚度小。如果剪力墙与平面外的梁搭接时，会使的墙肢平面外承受弯矩，尤其是梁高大于2倍墙厚时，刚性连接梁的梁端弯矩使得剪力墙平面外产生较大弯矩，所以在设计时尽量减少平面外的连接，如果无法避免，应当采取措施，保证剪力墙平面外的安全性。
2.3墙肢截面厚度
剪力墙的厚度变化呈现阶段性的规律。阶段性即均匀平衡，连续不折断。阶段变化的范围最大是100m，最小是50m，严格控制在这一范围以内，才能使结构不发生变形。剪力墙的材料是混凝土，在混凝土的强度等级发生变化楼层时，此楼层要避免进行剪力墙的厚度变化。高层建筑在底部的剪力墙一般厚度大，当剪力墙的厚度超过400mm时，如果仅采用双排配筋，会形成中部大面积的素混凝土，使得剪力墙的的截面应力不均匀，所以厚度超过400mm的剪力墙，需要配置三排或四排钢筋。
2.4连梁设计
高层住宅剪力墙结构，由于墙长较长时通过开洞或剪力墙平面内梁跨较小形成连梁，如果出现跨高比较小的连梁，在计算过程中，容易产生过度抗剪的连梁，通常有以下解决方案：①增大连梁的截面积，可以增强连梁本身的抗剪能力，但梁的刚度相应也会增加，吸收的地震力也会增加，只能增加有限的抗剪承载力。在梁宽固定的情况之下，可以使用加高梁高的方法；当梁高是一定的，可以扩大梁宽，增大断面的连接刚度，但宽度对连梁刚度贡献较小，仅是一个线性关系，使得分担剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②调整设计内力，在提高连梁截面对提高抗剪承载力没有影响的状况下，可人为的降低连梁的刚度，来控制剪切力的分配比例，并解决了连梁的抗剪性能问题。最简单的控制方法是在计算参数选择时，通过调整连梁刚度折减系数，只有在采用内力配筋计算时才可以。在整个计算和非地震荷载作用下，连梁的刚度不会降低，连梁应具有足够的抗弯承载力和抗剪承载力，以满足正常使用的要求。对于跨高比大于5的连梁，应根据设计的框架梁，满足框架梁的要求。③可作水平缝从而形成双连梁、多连梁或其他结构措施，以提高抗剪承载力，如设置交叉暗支撑等措施，以提高连梁的抗剪承载力。
2.5边缘构件设计
在一个个完整的剪力墙设计中，它的边缘构件同样重要。边缘构件是端柱，暗柱的统称，分为约束边缘构件和构造边缘构件在行进剪力墙设计时。为了保证剪力墙底部具有足够大的延性，应对可能出现塑性铰的部位进行加强，设置约束边缘构件，即底部加强区域。剪力墙的约束边缘构件能增加高轴压比剪力墙的塑形形变能力，而低轴压比的剪力墙只需要设计构造边缘构件即可。
结论
总体来说，剪力墙结构设计已经在建筑结构设计中得到了非常广泛的应用。但从具体的应用情况来看，目前剪力墙设计应用还存在诸多问题需要结合工程实际情况加以解决。所以在进行剪力墙结构设计时一定要结合工程的实际情况合理应用，设计人员不可以脱离设计要求和原则，把握住要点，在保证安全的前提下，努力减少成本，才能使各方获得最大的收益。
参考文献
[1]陈功，鲜金宏.剪力墙在高层建筑结构抗震中的计算分析与应用[J].科学技术与工程，2013，13（28）：8525~8528.
[2]门进杰，李慧娟，史庆轩，等.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师，2013，29（3）：1~10.
[3]缪志伟，叶列平.钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程[J].建筑结构学报，2014，35（1）：10~18.
论文作者:李玉平,刘苏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/30
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 承载力论文; 结构设计论文; 平面论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;