论文部分内容阅读
摘 要：近年来，随着当前人们对建筑要求的不断提高，对建筑工程结构设计要求也在日益的增加和提高。本文就剪力墙机构设计在建筑中应用的问题作了相关分析与研究，以供大家参考借鉴。
关键词：剪力墙结构设计；建筑结构设计
引 言：随着经济的快速发展，人们对建筑工程设计提出了安全、经济、适用三大要求，即建筑在保证安全的前提下，应不影响市场的销售情况和未来使用者的居住质量，尽可能的满足住宅经济性适用性，剪力墙结构由于其侧移小、抗侧刚度大和抗震性能好等特点，剪力墙结构被广泛用于现代建筑中，目前，在国内的住宅建筑中，由于使用功能的要求，客房与居室多处采取小开间的结构形式，分隔墙相对较多，采用剪力墙结构不但可以将承重墙、分隔墙合二为一，而且具有较为理想的经济性与实用性。但是国内现阶段在剪力墙结构的设计中，尚存在一定的弊端与问题需要解决，不断优化其设计方法是十分重要的，且如何做好高层建筑剪力墙结构的优化设计是结构设计人员需要不断探讨的难题。
1 剪力墙结构的基本定义
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，在高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构；剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计下限规范没有规定，用户可以灵活掌握 如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。
2 剪力墙结构设计的基本样式
2.1 壁式框架，主要是指在联肢墙中，洞口相对较大，使得墙肢的刚度明显减弱，而连梁的刚度则相对较强，剪力墙的受力特性接近于框架。与框架结构梁柱相比，剪力墙的厚度较小。框剪结构建筑中，壁式框架剪力墙可以单独设置，也可以利用楼梯间、电梯井及管道井等墙体，在各类房屋建筑中得到了广泛的应用。
2.2 整体剪力墙，主要是指没有门窗洞口或者只有少量很小洞口的剪力墙，在此类剪力墙设计中可以忽略洞口的存在。如果各处门窗洞口的面积总和小于剪力墙侧面积的15%，洞口间净距、孔洞与墙边之间的净距大于洞口长边尺寸，即属于整体剪力墙，其主要用于支撑建筑的主体结构，是现代建筑结构工程的重要组成部分。
2.3 联肢墙，主要是指在剪力墙上开有一列或者多列洞口，洞口的尺寸相对较大，而剪力墙的总体受力相当于通过洞口各连梁组成的一系列墙肢。联肢墙是由多组连梁连接起来的特殊形式剪力墙，但是由于一般连梁的刚度小于墙肢的刚度，所以，墙肢单独的作用也就显得尤为重要。
3 剪力墙结构方案的选择
建筑剪力墙的设计方案有很多种，在确保建筑工程结构安全的前提下，应该选用合适的结构形式，达到最大限度地降低工程的造价。尤其是在初步设计阶段，应该选择合适的剪力墙结构体系，选用合适的建筑材料、恰当的构件截面尺寸，这都将在很大程度上降低工程造价。
在框支剪力墙高層建筑结构中，上部结构其实也可以采取短肢剪力墙结构。框支剪力墙结构中，为了降低上下层的刚度变化，采用适当减少剪力墙刚度的短肢剪力墙结构，比加大下层刚度的方法，明显具有良好的经济效益。
层数较少的建筑可以采用短肢剪力墙结构体系，当建筑物的层数超过20层时，最好还是采用传统的现浇剪力墙结构，层数过大的建筑结构中若再采用短肢剪力墙结构，那么就会使得结构刚度不够，结构底部的剪力系数也会较低，层间位移与顶点的位移值就很有可能超出规范要求，结构的安全性偏低。对于层数在20层以下的住宅建筑若采用传统的现浇剪力墙结构，由于墙体多为构造配筋，各墙肢的实际轴压又一般会比计算值偏小，就会导致墙体的承载力不能充分发挥出来，而采用短肢剪力墙结构，就可以很好地解决这些问题，在7度区层数小于20层的高层住宅建筑采用短肢剪力墙结构可以将结构顶点周期、位移、水平地震剪力等控制在合理范围以内，将部分的混凝土墙用砖墙替换，减轻墙体自重，既加大了结构的延性，提高结构的抗震性也使得工程费用随之降低。
4 剪力墙结构的优化设计措施
4.1 基础方案与承重构件的优化设计
在剪力墙结构基础方案设计中，设计人员应特别重视实地考察，尤其是对于各方面可能出现的质量隐患与安全问题，必须及时进行处理。剪力墙结构的基础设计方案应根据工程项目地质与水文条件，各项工艺、技术指标与相邻建筑的分布状态要进行科学、合理的规划，以最大限度发挥基础方案的实际作用，设计人员应尽量在原基础上进行相应的修订与整改。设计人员在进行实地考察后，应按照相关标准与规范进行承重构件的设计和选择，其根本目的是确保建筑主体结构的安全性、可靠性。例如：在剪力墙承重构件的设计中，必须考虑到墙体配筋率的问题，在国内现阶段执行的相关标准中明确指出：抗震等级为一、二、三级的剪力墙中，竖向与水平分布筋的最小配筋率应≥0.25%，而部分框支剪力墙的底部加强部位实际配筋率则要≥0.3%。与上世纪80年代相比，现在规定的配筋率已经明显提高，而且基本实现了与国外建筑行业要求的配筋率接轨，所以，在剪力墙结构设计工作中，设计人员在基础方案与承重构件的优化设计中，必须注重相关标准与工艺参数的合理选用，特别是要符合国家建筑主管部门出台的最新设计标准，以保证设计方案通过审核。
4.2 有效提升建筑整体结构性能
剪力墙结构的根本作用是防震，在设计优化过程中则要坚持简单、规则的基本原则，以减少发生地震时对于剪力墙结构的抗压作用。在剪力墙结构设计中，应注意结构受力情况明确，避免在地震或者其他灾难时出现局部结构受力不匀称的情况，有效控制危害性。在剪力墙结构的设计中，应尽量减少结构的薄弱部位，避免结构的局部能力较弱。在剪力墙结构设计的同时，应结合设计人员以往的工作经验及相关技术参数，准确分析可能产生薄弱的部位，认真进行设计方案的修订，并且采取相应的技术措施，以提高结构的总体抗震能力。
4.3合理应用剪力墙结构设计理念与计算方法
在剪力墙结构设计中，必须选择合理的设计方案，这是保证建筑主体结构质量的重要环节。剪力墙结构处于受弯工作状态时才能有展现良好的延性，所以，剪力墙的形式应以高细为主，如果剪力墙过长，可能形成低宽剪力墙，由于剪力墙呈现为脆性，难以满足抗震要求。因此，在剪力墙结构设计中，必须经过精确的计算，虽然国内在设计工作中已经基本实现了计算机代替人工操作，但是在部分环节的计算中仍需依靠设计人员丰富的工作经验予以解决。目前，在国内外应用剪力墙结构设计软件中，尚缺少专业的结构计算软件，为了提高结构设计工作的效率与质量，设计人员应在合理应用现代设计与计算工具的同时，结合自己的观念与经验进行双重判定。在剪力墙结构的优化设计中，在相关构件的实际计算中，为了保证计算结果的可靠性，必要时可以采取结构试验。例如：在剪力墙的边缘构造设计中，计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘可以明显提高其延性，但是结构试验则表明与工字形、槽形截面剪力墙相比，矩形截面剪力墙的延性相对较差，由此可见，在剪力墙结构设计中，不但要合理应用相关理念与计算结果，而且要注重结合试验结果进行设计方案的优化处理，从而提高其可行性。
5 结束语
总之，在进行高层建筑结构中剪力墙结构设计时，应该明确各种概念，严格遵守规范，注重经验的总结和积累，充分发挥结构抗侧刚度大、外观简洁等优点的同时，又能将工程造价降至最低，从而促进其设计工作的不断优化，满足施工作业的实际要求。
参考文献：
[1]陈体.高层建筑剪力墙结构设计问题研究[J]，建筑技术，2009，（18）.
[2]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J]，黑龙江科技信息，2011，（17）.
关键词：剪力墙结构设计；建筑结构设计
引 言：随着经济的快速发展，人们对建筑工程设计提出了安全、经济、适用三大要求，即建筑在保证安全的前提下，应不影响市场的销售情况和未来使用者的居住质量，尽可能的满足住宅经济性适用性，剪力墙结构由于其侧移小、抗侧刚度大和抗震性能好等特点，剪力墙结构被广泛用于现代建筑中，目前，在国内的住宅建筑中，由于使用功能的要求，客房与居室多处采取小开间的结构形式，分隔墙相对较多，采用剪力墙结构不但可以将承重墙、分隔墙合二为一，而且具有较为理想的经济性与实用性。但是国内现阶段在剪力墙结构的设计中，尚存在一定的弊端与问题需要解决，不断优化其设计方法是十分重要的，且如何做好高层建筑剪力墙结构的优化设计是结构设计人员需要不断探讨的难题。
1 剪力墙结构的基本定义
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，在高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构；剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计下限规范没有规定，用户可以灵活掌握 如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。
2 剪力墙结构设计的基本样式
2.1 壁式框架，主要是指在联肢墙中，洞口相对较大，使得墙肢的刚度明显减弱，而连梁的刚度则相对较强，剪力墙的受力特性接近于框架。与框架结构梁柱相比，剪力墙的厚度较小。框剪结构建筑中，壁式框架剪力墙可以单独设置，也可以利用楼梯间、电梯井及管道井等墙体，在各类房屋建筑中得到了广泛的应用。
2.2 整体剪力墙，主要是指没有门窗洞口或者只有少量很小洞口的剪力墙，在此类剪力墙设计中可以忽略洞口的存在。如果各处门窗洞口的面积总和小于剪力墙侧面积的15%，洞口间净距、孔洞与墙边之间的净距大于洞口长边尺寸，即属于整体剪力墙，其主要用于支撑建筑的主体结构，是现代建筑结构工程的重要组成部分。
2.3 联肢墙，主要是指在剪力墙上开有一列或者多列洞口，洞口的尺寸相对较大，而剪力墙的总体受力相当于通过洞口各连梁组成的一系列墙肢。联肢墙是由多组连梁连接起来的特殊形式剪力墙，但是由于一般连梁的刚度小于墙肢的刚度，所以，墙肢单独的作用也就显得尤为重要。
3 剪力墙结构方案的选择
建筑剪力墙的设计方案有很多种，在确保建筑工程结构安全的前提下，应该选用合适的结构形式，达到最大限度地降低工程的造价。尤其是在初步设计阶段，应该选择合适的剪力墙结构体系，选用合适的建筑材料、恰当的构件截面尺寸，这都将在很大程度上降低工程造价。
在框支剪力墙高層建筑结构中，上部结构其实也可以采取短肢剪力墙结构。框支剪力墙结构中，为了降低上下层的刚度变化，采用适当减少剪力墙刚度的短肢剪力墙结构，比加大下层刚度的方法，明显具有良好的经济效益。
层数较少的建筑可以采用短肢剪力墙结构体系，当建筑物的层数超过20层时，最好还是采用传统的现浇剪力墙结构，层数过大的建筑结构中若再采用短肢剪力墙结构，那么就会使得结构刚度不够，结构底部的剪力系数也会较低，层间位移与顶点的位移值就很有可能超出规范要求，结构的安全性偏低。对于层数在20层以下的住宅建筑若采用传统的现浇剪力墙结构，由于墙体多为构造配筋，各墙肢的实际轴压又一般会比计算值偏小，就会导致墙体的承载力不能充分发挥出来，而采用短肢剪力墙结构，就可以很好地解决这些问题，在7度区层数小于20层的高层住宅建筑采用短肢剪力墙结构可以将结构顶点周期、位移、水平地震剪力等控制在合理范围以内，将部分的混凝土墙用砖墙替换，减轻墙体自重，既加大了结构的延性，提高结构的抗震性也使得工程费用随之降低。
4 剪力墙结构的优化设计措施
4.1 基础方案与承重构件的优化设计
在剪力墙结构基础方案设计中，设计人员应特别重视实地考察，尤其是对于各方面可能出现的质量隐患与安全问题，必须及时进行处理。剪力墙结构的基础设计方案应根据工程项目地质与水文条件，各项工艺、技术指标与相邻建筑的分布状态要进行科学、合理的规划，以最大限度发挥基础方案的实际作用，设计人员应尽量在原基础上进行相应的修订与整改。设计人员在进行实地考察后，应按照相关标准与规范进行承重构件的设计和选择，其根本目的是确保建筑主体结构的安全性、可靠性。例如：在剪力墙承重构件的设计中，必须考虑到墙体配筋率的问题，在国内现阶段执行的相关标准中明确指出：抗震等级为一、二、三级的剪力墙中，竖向与水平分布筋的最小配筋率应≥0.25%，而部分框支剪力墙的底部加强部位实际配筋率则要≥0.3%。与上世纪80年代相比，现在规定的配筋率已经明显提高，而且基本实现了与国外建筑行业要求的配筋率接轨，所以，在剪力墙结构设计工作中，设计人员在基础方案与承重构件的优化设计中，必须注重相关标准与工艺参数的合理选用，特别是要符合国家建筑主管部门出台的最新设计标准，以保证设计方案通过审核。
4.2 有效提升建筑整体结构性能
剪力墙结构的根本作用是防震，在设计优化过程中则要坚持简单、规则的基本原则，以减少发生地震时对于剪力墙结构的抗压作用。在剪力墙结构设计中，应注意结构受力情况明确，避免在地震或者其他灾难时出现局部结构受力不匀称的情况，有效控制危害性。在剪力墙结构的设计中，应尽量减少结构的薄弱部位，避免结构的局部能力较弱。在剪力墙结构设计的同时，应结合设计人员以往的工作经验及相关技术参数，准确分析可能产生薄弱的部位，认真进行设计方案的修订，并且采取相应的技术措施，以提高结构的总体抗震能力。
4.3合理应用剪力墙结构设计理念与计算方法
在剪力墙结构设计中，必须选择合理的设计方案，这是保证建筑主体结构质量的重要环节。剪力墙结构处于受弯工作状态时才能有展现良好的延性，所以，剪力墙的形式应以高细为主，如果剪力墙过长，可能形成低宽剪力墙，由于剪力墙呈现为脆性，难以满足抗震要求。因此，在剪力墙结构设计中，必须经过精确的计算，虽然国内在设计工作中已经基本实现了计算机代替人工操作，但是在部分环节的计算中仍需依靠设计人员丰富的工作经验予以解决。目前，在国内外应用剪力墙结构设计软件中，尚缺少专业的结构计算软件，为了提高结构设计工作的效率与质量，设计人员应在合理应用现代设计与计算工具的同时，结合自己的观念与经验进行双重判定。在剪力墙结构的优化设计中，在相关构件的实际计算中，为了保证计算结果的可靠性，必要时可以采取结构试验。例如：在剪力墙的边缘构造设计中，计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘可以明显提高其延性，但是结构试验则表明与工字形、槽形截面剪力墙相比，矩形截面剪力墙的延性相对较差，由此可见，在剪力墙结构设计中，不但要合理应用相关理念与计算结果，而且要注重结合试验结果进行设计方案的优化处理，从而提高其可行性。
5 结束语
总之，在进行高层建筑结构中剪力墙结构设计时，应该明确各种概念，严格遵守规范，注重经验的总结和积累，充分发挥结构抗侧刚度大、外观简洁等优点的同时，又能将工程造价降至最低，从而促进其设计工作的不断优化，满足施工作业的实际要求。
参考文献：
[1]陈体.高层建筑剪力墙结构设计问题研究[J]，建筑技术，2009，（18）.
[2]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J]，黑龙江科技信息，2011，（17）.