剪力墙结构受力特点和设计分析

关键词：高层结构 剪力墙 受力 设计 

　　剪力墙体系结构是一种混凝土材质的土墙结构，在高层建筑中代替了原来的框架结构中的梁柱，主要作用是承受竖直和水平方向的各种荷载引起的内力，对于其他结构的水平力也可以很好地控制。目前，剪力墙结构被广泛的应用于高层建筑中。剪力墙为高层建筑物提供的抗剪强度与刚度都很大，可以有效的保证建筑施工的质量。 

　　一、剪力墙结构的受力特点 

　　剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构，承受竖向荷载和水平荷载，是高层建筑中常用的结构形式。由于纵、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载作用下，侧移较小；因此这种结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也比较容易满足，适宜于建造层数较多的高层建筑。一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙；短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5：8的剪力墙，剪力墙主要承受两类荷载：一类是楼板传来的竖向荷载，在地震区还应包括竖向地震作用的影响；另一类是水平荷载，包括水平风荷载和水平地震作用。剪力墙的内力分析包括竖向荷载作用下的内力分析和水平荷载作用下的内力分析。在竖向荷载作用下，各片剪力墙所受的内力比较简单，可按照材料力学原理进行。在水平荷载作用下，剪力墙的内力和位移计算则比较复杂。理论分析和试验研究表明，在水平荷载作用下剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。洞口是否存在，洞口的大小、形状及位置的不同都将影响剪力墙的受力性能。剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、不开口整体剪力墙、双肢墙（多肢墙）和壁式框架等几种类型。不同类型的剪力墙，其相应的受力特点、计算简图和计算方法也不相同，计算其内力和位移时则需采用相应的计算方法。整体剪力墙如一根悬臂杆件，在墙肢整个高度方向上，弯矩图既不发生突变又不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主；不开口墙与双、多肢剪力墙，在连梁高度处的墙肢弯矩有突变，但在整个墙肢的高度方向上，它没有或仅仅在个别楼层才出现反弯点，剪力墙的变形曲线依然以弯曲型为主。总之，剪力墙的受力需具体情况具体分析，应按能反映其性态的结构体系计算。 

　　二、连梁设计 

　　高层住宅剪力墙结构中，因为房间尺度不大，墙肢之间常常出现跨高比较小的连梁，在计算过程中，容易产生连梁抗剪超限的情况，通常有以下几种解决方案： 

　　1.加高截面，在梁宽一定的情况下，通过加高连梁截面的方法，可以提高连梁自身的抗剪能力。2.加宽截面，加宽截面和加高截面一样，也可以有效提高抗剪承载能力，却对连梁刚度的贡献较小，仅为线性关系，使得抗剪力的提高值大于分担剪力的增加值。因此加宽梁截面对于解决连梁抗剪超限是一个行之有效的方法。3.调整设计内力，在上述方法均不奏效的情况下，可以通过人为的内力调整，控制剪力分配比重，解决连梁抗剪问题。最简单的调控方法是在计算参数取值时，调整连梁刚度折减系数。 

　　在人为调控的过程中，需要把握三个原则，一是始终要保证结构的整体效应，调整刚度折减系数或者按铰接设计以后，需要重新考查结构的各项指标，确保都位于规范限值以内，且宜保留一定的富余。二是要保证连梁的基本抗弯能力，存非地震荷载作用下。连梁应具备足够的抗弯和抗剪承载能力，以满足日常使用的需要。对于跨度较大的连梁，以及支承有次梁的连梁，应尤其重视这个问题。三是注意结构设计的一致性。连梁刚度人为折减过后，必然会导致其余墙肢和连梁分担的剪力加大，应对其余墙肢和连梁按加大后的内力进行构件设计。 

　　三、剪力墙结构设计 

　　剪力墙的刚度较大，整体性较好，容易达到承受的荷载要求。设计师主要考虑以下几个方面： 

　　3.1剪力墙界面的厚度要求 

　　剪力墙厚度尽量小的优点主要是保证剪力墙平面的刚度及其稳定性。当剪力墙相较于墙体平面外时，相交处可以作为剪力墙的支撑，对于平面外的刚度与未稳定性有很好的保证。剪力墙最小厚度确认时，计算依据主要是建筑物层高及无肢长度中的较小值。进行抗震设计时，底部加强区根据地震的具体大小情况来设计，地震越大，底部加强区所占层高或者无肢长度总面积比较越大，且面积一般不小于160mm。非抗震设计时，底部加强区一般不会大于层高或无肢长度的百分之25% 。 

　　3.2 剪力强结构中混凝土强度等级要求 

　　剪力墙中混凝土要求相对较高，等级最少要为C20，如果剪力墙结构中带有简体与短肢，那么其中的混凝土强度最少要为C25。 

　　3.3 剪力墙结构在进行抗震设计时，构造边缘的构件在剪力墙墙肢中是必不可少的。在非抗震设计中，其墙端部位的构件配置及钢筋配置都要符合相关的规定要求。 

　　3.4 剪力墙结构设计中要考虑竖向分布时钢筋配筋率的最小值，主要作用就是保证混凝土墙体在受到弯力较大时出现裂缝时不至于立刻达到抗弯承载力的极限，还可以防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏。 

　　3.5剪力墙结构开洞构造设计。若是剪力墙结构中开洞较小，其影响较小在计算时可不必考虑在内。为了保证剪力墙结构截面的承载力，要在钢筋切断集中处将洞口补足，并且钢筋直径最小要达到12mm。具体施工要根据实际情况，边缘构件的设置根据实际情况。 

　　3.6 高层建筑剪力墙结构体系受到的竖直方向荷载比较大，竖直荷载包括建筑整体的自身重量及楼面荷载产生的影响。由于荷载的存在，竖直方向会产生轴力，使连续梁内出现弯矩。计算时依据的是其受力面积。若是水平荷载，其计算就要按平面考虑了。剪力墙结构计算工作比较复杂且工作量较大，在建筑施工时，要针对不同的剪力墙结构的受力特点进行计算。 

　　四、结语 

　　随着社会的发展、经济水平的提高，高层建筑将如雨后春笋般出现，剪力墙结构因其抗侧刚度大，能有效地减少侧移，目具有较好的抗震性能，因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。所以，掌握好剪力墙结构受力特点，把握好剪力墙结构设计的基本原则，建筑的结构设计就会更加安全、适用、可靠、经济。 

　　参考文献 

　　[1]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010，06. 

　　[2]赵守勇.剪力墙结构设计分析[J].煤炭技术.2011.9. 

　　[3]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工，2010，02.