论文部分内容阅读
【摘 要】 文章主要对剪力墙结构设计进行了相关阐述，对剪力墙结构设计遵循的基本原则及其在建筑结构设计中的应用进行了详细探析，希望可以通过本文可以给广大同行通过借鉴。
【关键词】 剪力墙;结构设计;基本原则;布置原则;应用
引言：
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙，在房屋或构筑物中是一种主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。剪力墙结构刚度大，整体性能好，且用钢量较省，相对于其他建筑结构设计而言较为经济，而且外形美观，便于室内布置，因此剪力墙受到了众多开发商和业主的高度青睐。下文将针对剪力墙结构的布置原则以及剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行简要地分析。
一、剪力墙结构设计遵循的基本原则
1、剪力墙构件一般截面高度大而厚度较薄，几何特征类似于板，受力形态接近于柱，然而它与柱的区别主要在于其肢长和厚度之间的比值，当比值小于或等于3的时候应按照柱来设计，当比值是3至5之间时则视为异形柱，并按双向受压构件设计。
2、剪力墙结构设计中，墙是一个平面构件，它除了承受沿平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力。在弯矩和剪力等结合状态下工作，其在水平力作用下就好似一底部嵌固于基础的悬臂梁，在地震作用或风荷载作用下，剪力墙除了要满足刚度要求外，还须保证非弹性变形及反复循环下的延性。
3、剪力墙的特点是，平面内刚度和承载力很大，而平面外刚度及承载力则相对偏小。当剪力墙和平面外的梁相接时，就会造成墙肢平面外弯矩，而通常情况下不会验算墙的平面外刚度和承载力，所以应避免平面外搭接，实在避不开时则应按照有关规定，采取相应结构措施，保证剪力墙平面外的安全。
4、墙的设计是考虑到竖向和水平力作用下的结构整体分析，求得内力后按照偏压或偏拉构件来进行正截面和斜截面受剪承载力验算。在承载力计算中，对带翼墙的计算宽度一般都是按以下情况来取最小值：门窗洞口之间的翼缘宽度、剪力墙之间的距离、墙肢总高的十分之一。
二、剪力墙的布置原则
1、在设计剪力墙时，应沿着主轴的方向进行双向或多向布置，且不同方向剪力墙宜相互连接在一起，特别是在抗震设计中，要避免出现单方向有墙的设计模式，这样才能使之具有更好的空间协同工作性能。抗震设计时，应使两个方向的侧向刚度相互接近，剪力墙的墙肢截面一定要规则且尽量简易。剪力墙在分布上要尽量均匀且数量适当。剪力墙配置较少时，结构的抗侧力刚度就会因数量的较少而减弱;而剪力墙如果配置过多，则墙体无法得到充分的使用，使得结构抗侧刚度过大，从而导致地震力过大，自身的重力也会随之增大。
2、剪力墙在竖向上要做到连续布置，避免发生竖向承载力及刚度突变的情况发生。沿高度剪力墙厚度变化时宜不大于50mm，剪力墙厚度变化与混凝土强度等级变化不应在同一楼层，以减小竖向突变。
3、剪力墙在布置时不能过于密集，要使整个结构具有适宜的侧向刚度，如果侧向刚度过大，不仅会加大结构自身重量，还会在地震发生时增大地震影响，从而增大导致建筑倒塌的可能性。
4、剪力墙的洞口或者门窗一定要上下对齐，并且成列布置，形成明确的墙肢和连梁。同时要避免使用叠合的错洞墙，因为这样会影响到剪力墙的承载能力，使之易发生变形。当剪力墙洞口布置出现错洞、叠合洞口时，墙内配筋应构成框架形式设计并配筋。
5、短肢剪力墙指的是墙肢的界面长度与厚度之间的比值在5至8之间，在高层建筑中，短肢剪力墙承受的倾覆力矩以不大于结构总倾覆力矩的30%～40%为宜。当墙肢两侧均为较强连梁相连或有翼墙相连的短肢墙，可不作为短肢剪力墙。短肢剪力墙结构的抗震等级要相应提高，最大使用高度要与之相应降低。
三、剪力墙结构在建筑结构设计中的应用
1、剪力墙结构应用的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，这是保证建筑结构主体质量的重要环节。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，可能形成低矮墙，致使剪力墙呈现为脆性，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，虽然现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根据经验予以干预。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工具的同时，结合自己的设计理念与经验进行双重判定。在剪力墙结构的优化设计中，为了保证计算结果的可靠性，必要时可以采取结构试验进行校验。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;而结构试验则表明，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，还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。
2、剪力墙结构的优化设计
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，进行科学、合理的规划，以最大限度地发挥基础方案的实际作用，设计人员应尽量在原基础方案上进行相应的修订与完善。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明显提高，且基本实现了与国际接轨。所以，在剪力墙结构设计中，设计人员在基础方案与承重构件的优化设计时，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。
3、有效提升建筑整体结构性能
剪力墙结构的根本作用是抗震，在设计优化过程中要坚持简单、规则的基本原则，以减少发生地震时对于剪力墙结构的破坏作用。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受力不均匀的情况，有效控制地震危害性。在剪力墙结构的设计中，应尽量减少结构的薄弱部位，避免结构的局部承载能力较弱。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，并采取相应的技术措施，以提高结构的总体抗震性能。例如：在剪力墙结构设计中，相关规范中指出其温度伸缩缝的最大间距在室内或者土中为45m，而在露天为30m。但是在剪力墙结构的实际施工中，框架核心筒结构、现浇框架剪力墙则应适当扩大，在设计中可以定位45-55m，以满足施工作业的实际要求。另外，在国内现行的剪力墙结构相关设计规范中，对于建筑整体结构性能并未作出明确规定，设计人员应注重日常工作经验的总结和积累，以保证设计方案的不断优化处理。
四、结束语
在当前社会发展中，剪力墙应用在不断增加，其在设计中的缺陷和问题将成为制约其发展的主要因素。在剪力墙布置中，洞口宜上下对齐使之受力明确，尽量避免出现错洞与叠合洞口，应采用科学技术手段进行计算分析。在设计和优化过程中，应从多个方向入手，提高设计质量，加强安全措施，确保建筑物安全。
参考文献：
[1]刘仲臣.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].城市建设理论研究.2012（1）
[2]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工.2011
[3]秦艳.焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导.2011（27）
【关键词】 剪力墙;结构设计;基本原则;布置原则;应用
引言：
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙，在房屋或构筑物中是一种主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。剪力墙结构刚度大，整体性能好，且用钢量较省，相对于其他建筑结构设计而言较为经济，而且外形美观，便于室内布置，因此剪力墙受到了众多开发商和业主的高度青睐。下文将针对剪力墙结构的布置原则以及剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行简要地分析。
一、剪力墙结构设计遵循的基本原则
1、剪力墙构件一般截面高度大而厚度较薄，几何特征类似于板，受力形态接近于柱，然而它与柱的区别主要在于其肢长和厚度之间的比值，当比值小于或等于3的时候应按照柱来设计，当比值是3至5之间时则视为异形柱，并按双向受压构件设计。
2、剪力墙结构设计中，墙是一个平面构件，它除了承受沿平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力。在弯矩和剪力等结合状态下工作，其在水平力作用下就好似一底部嵌固于基础的悬臂梁，在地震作用或风荷载作用下，剪力墙除了要满足刚度要求外，还须保证非弹性变形及反复循环下的延性。
3、剪力墙的特点是，平面内刚度和承载力很大，而平面外刚度及承载力则相对偏小。当剪力墙和平面外的梁相接时，就会造成墙肢平面外弯矩，而通常情况下不会验算墙的平面外刚度和承载力，所以应避免平面外搭接，实在避不开时则应按照有关规定，采取相应结构措施，保证剪力墙平面外的安全。
4、墙的设计是考虑到竖向和水平力作用下的结构整体分析，求得内力后按照偏压或偏拉构件来进行正截面和斜截面受剪承载力验算。在承载力计算中，对带翼墙的计算宽度一般都是按以下情况来取最小值：门窗洞口之间的翼缘宽度、剪力墙之间的距离、墙肢总高的十分之一。
二、剪力墙的布置原则
1、在设计剪力墙时，应沿着主轴的方向进行双向或多向布置，且不同方向剪力墙宜相互连接在一起，特别是在抗震设计中，要避免出现单方向有墙的设计模式，这样才能使之具有更好的空间协同工作性能。抗震设计时，应使两个方向的侧向刚度相互接近，剪力墙的墙肢截面一定要规则且尽量简易。剪力墙在分布上要尽量均匀且数量适当。剪力墙配置较少时，结构的抗侧力刚度就会因数量的较少而减弱;而剪力墙如果配置过多，则墙体无法得到充分的使用，使得结构抗侧刚度过大，从而导致地震力过大，自身的重力也会随之增大。
2、剪力墙在竖向上要做到连续布置，避免发生竖向承载力及刚度突变的情况发生。沿高度剪力墙厚度变化时宜不大于50mm，剪力墙厚度变化与混凝土强度等级变化不应在同一楼层，以减小竖向突变。
3、剪力墙在布置时不能过于密集，要使整个结构具有适宜的侧向刚度，如果侧向刚度过大，不仅会加大结构自身重量，还会在地震发生时增大地震影响，从而增大导致建筑倒塌的可能性。
4、剪力墙的洞口或者门窗一定要上下对齐，并且成列布置，形成明确的墙肢和连梁。同时要避免使用叠合的错洞墙，因为这样会影响到剪力墙的承载能力，使之易发生变形。当剪力墙洞口布置出现错洞、叠合洞口时，墙内配筋应构成框架形式设计并配筋。
5、短肢剪力墙指的是墙肢的界面长度与厚度之间的比值在5至8之间，在高层建筑中，短肢剪力墙承受的倾覆力矩以不大于结构总倾覆力矩的30%～40%为宜。当墙肢两侧均为较强连梁相连或有翼墙相连的短肢墙，可不作为短肢剪力墙。短肢剪力墙结构的抗震等级要相应提高，最大使用高度要与之相应降低。
三、剪力墙结构在建筑结构设计中的应用
1、剪力墙结构应用的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，这是保证建筑结构主体质量的重要环节。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，可能形成低矮墙，致使剪力墙呈现为脆性，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，虽然现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根据经验予以干预。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工具的同时，结合自己的设计理念与经验进行双重判定。在剪力墙结构的优化设计中，为了保证计算结果的可靠性，必要时可以采取结构试验进行校验。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;而结构试验则表明，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，还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。
2、剪力墙结构的优化设计
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，进行科学、合理的规划，以最大限度地发挥基础方案的实际作用，设计人员应尽量在原基础方案上进行相应的修订与完善。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明显提高，且基本实现了与国际接轨。所以，在剪力墙结构设计中，设计人员在基础方案与承重构件的优化设计时，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。
3、有效提升建筑整体结构性能
剪力墙结构的根本作用是抗震，在设计优化过程中要坚持简单、规则的基本原则，以减少发生地震时对于剪力墙结构的破坏作用。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受力不均匀的情况，有效控制地震危害性。在剪力墙结构的设计中，应尽量减少结构的薄弱部位，避免结构的局部承载能力较弱。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，并采取相应的技术措施，以提高结构的总体抗震性能。例如：在剪力墙结构设计中，相关规范中指出其温度伸缩缝的最大间距在室内或者土中为45m，而在露天为30m。但是在剪力墙结构的实际施工中，框架核心筒结构、现浇框架剪力墙则应适当扩大，在设计中可以定位45-55m，以满足施工作业的实际要求。另外，在国内现行的剪力墙结构相关设计规范中，对于建筑整体结构性能并未作出明确规定，设计人员应注重日常工作经验的总结和积累，以保证设计方案的不断优化处理。
四、结束语
在当前社会发展中，剪力墙应用在不断增加，其在设计中的缺陷和问题将成为制约其发展的主要因素。在剪力墙布置中，洞口宜上下对齐使之受力明确，尽量避免出现错洞与叠合洞口，应采用科学技术手段进行计算分析。在设计和优化过程中，应从多个方向入手，提高设计质量，加强安全措施，确保建筑物安全。
参考文献：
[1]刘仲臣.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].城市建设理论研究.2012（1）
[2]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工.2011
[3]秦艳.焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导.2011（27）