建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)因其簡單、高效的特點(diǎn)，在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。剪力墻作為一種重要的承重和抗側(cè)力構(gòu)件，對于建筑結(jié)構(gòu)的安全性和抗震性具有重要作用。然而剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要充分考慮各種因素的影響，保證結(jié)構(gòu)的合理性和可靠性。本文通過對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和總結(jié)，為工程師提供指導(dǎo)和借鑒，以提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平和工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：建筑工程設(shè)計(jì)；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文章編號：2095-4085（2024）01-0094-03

1剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則

1.1剪力墻特點(diǎn)

1.1.1抗震性能強(qiáng)

剪力墻垂直于地震波傳播方向的剛度和強(qiáng)度非常高，能夠在地震荷載作用下發(fā)揮重要的抗震作用。在地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)的荷載主要來自水平方向，而剪力墻的設(shè)置可以有效地減小建筑結(jié)構(gòu)的變形和振動(dòng)，提高建筑的抗震性能。因此，在地震頻繁發(fā)生的地區(qū)或者高層建筑中，剪力墻的使用是必不可少的。

1.1.2建筑空間利用率高

剪力墻一般設(shè)置在建筑的外圍或者內(nèi)部，通過巧妙的設(shè)計(jì)，可以最大限度地節(jié)約空間，提高建筑的使用率。特別是在高層建筑中，剪力墻的合理設(shè)置可以有效地提高建筑的使用率，滿足人們對于空間的需求。

1.1.3施工方便

剪力墻施工相對簡單，施工周期較短，能夠有效地提高工程的進(jìn)度，減少施工成本。剪力墻可以在建筑結(jié)構(gòu)的施工過程中一并施工，減少了人工和材料的浪費(fèi)，提高了施工效率［1］。

1.1.4可塑性差

剪力墻在一定程度上限制了建筑結(jié)構(gòu)的變形能力，一旦受到過大的荷載作用，可能會(huì)出現(xiàn)剪力墻破壞的情況。因此在剪力墻的設(shè)計(jì)中，需要合理地考慮建筑結(jié)構(gòu)的變形能力，避免出現(xiàn)過度剛性的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致剪力墻的失效。

1.1.5墻體厚度較大

為了保證剪力墻的強(qiáng)度和剛度，其墻體厚度一般較大，占用了一定的空間。所以在剪力墻的設(shè)計(jì)中需要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的空間利用效率，還要考慮建筑外觀的美觀性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以采用多層或者多排的剪力墻來達(dá)到更好的效果，避免單一的墻體厚度過大。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.2.1位置選擇原則

（1）選擇合適的位置。剪力墻應(yīng)盡量選取建筑物的中心位置或周邊位置，以便于承擔(dān)地震力。通常，選擇中心位置有利于剛度中心與質(zhì)量中心重合，并使剪力墻分布均勻，提高抗震性能。

（2）選擇合適的數(shù)量。剪力墻的數(shù)量需要根據(jù)建筑物的大小、形狀、高度、荷載等參數(shù)進(jìn)行選擇。在高層建筑中，一般需要設(shè)置多片剪力墻來承擔(dān)地震力，以確保建筑物的安全性和抗震性。

（3）選擇合適的尺寸和形狀。剪力墻的尺寸和形狀應(yīng)根據(jù)建筑物的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇。在選擇剪力墻的尺寸和形狀時(shí)，應(yīng)考慮剪力墻的強(qiáng)度、剛度、變形等因素。剪力墻的高度應(yīng)盡量不超過建筑物的高度，剪力墻的厚度應(yīng)考慮到荷載和抗震性能的要求［2］。

（4）選擇合適的材料。剪力墻的材料需要根據(jù)建筑物的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇。在選擇剪力墻的材料時(shí)，應(yīng)考慮其強(qiáng)度、抗震性、穩(wěn)定性等因素。一般來說，采用材料為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，型鋼鋼筋混凝土等。

1.2.2數(shù)量設(shè)置原則

（1）根據(jù)建筑物的重要性、高度和地震烈度等因素確定剪力墻的數(shù)量。在高層建筑中，剪力墻的數(shù)量通常需要根據(jù)建筑物的高度、重要性和地震烈度等因素進(jìn)行合理的設(shè)置，以保證建筑物的穩(wěn)定性和抗震性能。建筑物的高度越高，剪力墻的數(shù)量就需要越多。

（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置方式和荷載情況確定剪力墻的位置。剪力墻的位置需要根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)布置和荷載情況進(jìn)行合理的設(shè)置。剪力墻應(yīng)該放置在建筑物的主要荷載方向上，并且需要保證剪力墻之間的距離適當(dāng)，以避免相互影響。

（3）根據(jù)剪力墻的強(qiáng)度和剛度確定其數(shù)量。剪力墻的數(shù)量還需要考慮剪力墻的強(qiáng)度和剛度。剪力墻的數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)的剛度就會(huì)越大，成本就會(huì)增加。因此在確定剪力墻數(shù)量時(shí)，需要根據(jù)建筑物的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理的權(quán)衡和選擇［3］。

（4）根據(jù)剪力墻的變形控制確定其數(shù)量。剪力墻的數(shù)量還需要考慮剪力墻的變形控制。剪力墻的變形會(huì)對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能產(chǎn)生影響。所以在確定剪力墻數(shù)量時(shí)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形控制要求進(jìn)行選擇和調(diào)整。

2剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用

2.1承重設(shè)計(jì)

剪力墻作為抗震結(jié)構(gòu)的一種，其主要作用是承擔(dān)建筑物的垂直荷載和水平荷載。在承重設(shè)計(jì)中，需要考慮剪力墻的承載能力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的問題。為了保證建筑物的安全穩(wěn)定，剪力墻的設(shè)計(jì)需要滿足相應(yīng)的承重要求。

剪力墻的承載能力與其厚度、高度、長度等因素有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)建筑物的荷載情況和工程實(shí)際情況，計(jì)算出剪力墻的承載能力，以確定其尺寸和厚度。還需要考慮剪力墻本身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以保證其在受力狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生屈曲和破壞。

2.2剪力墻平面設(shè)計(jì)的布置

（1）剪力墻的位置和數(shù)量需要滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求。在平面布置上，剪力墻應(yīng)盡可能地布置在建筑結(jié)構(gòu)的核心位置，即建筑平面的中心位置或其附近，以確保剪力墻具有足夠的抗震能力和承載能力。也應(yīng)考慮到建筑使用功能和空間布局的需要，合理布置剪力墻，使其不會(huì)影響建筑使用功能和空間布局。

（2）剪力墻的布置需要考慮地震力的作用方向和大小。在地震作用方向上，應(yīng)將剪力墻設(shè)置在地震力作用的主要方向上，以最大限度地發(fā)揮其抗震能力。在地震力大小上，應(yīng)根據(jù)建筑所在地區(qū)的地震烈度和結(jié)構(gòu)的抗震等級，選擇合適的剪力墻數(shù)量和位置，以確保結(jié)構(gòu)在地震作用下具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（3）剪力墻的布置還需要考慮結(jié)構(gòu)的施工和維護(hù)要求。剪力墻應(yīng)盡可能地布置在方便施工和維護(hù)的位置，以保證施工和維護(hù)的質(zhì)量和安全。同時(shí)應(yīng)注意剪力墻與其他結(jié)構(gòu)部件的連接方式和接頭的設(shè)置，以確保結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。

剪力墻平面設(shè)計(jì)的布置是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)。在確定剪力墻的數(shù)量、位置和布置方式時(shí)，需要綜合考慮多種因素，以確保結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震能力和承載能力，同時(shí)滿足建筑使用功能和空間布局的需要。

2.3剪力墻配筋設(shè)計(jì)

剪力墻的配筋設(shè)計(jì)需要考慮剪力墻的荷載特點(diǎn)、剪力墻本身的強(qiáng)度和剛度、配筋的受力狀態(tài)等因素。還需要滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求，以保證剪力墻的承載能力和安全性。

2.4剪力墻約束邊緣構(gòu)件處理

2.4.1邊緣構(gòu)件約束方式

邊緣構(gòu)件與剪力墻的約束方式可以分為剛性約束和柔性約束兩種。剛性約束通常采用鋼筋混凝土梁或鋼梁等作為邊緣構(gòu)件，通過直接連接剪力墻的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)約束。柔性約束則采用抗彎墻或鋼板剪力墻等結(jié)構(gòu)作為邊緣構(gòu)件，在邊緣構(gòu)件與剪力墻之間設(shè)置適當(dāng)?shù)纳炜s縫，以吸收由溫度變化、地震等因素引起的結(jié)構(gòu)變形。

2.4.2梁板設(shè)置原則

在剪力墻邊緣設(shè)置的梁板通常采用連續(xù)梁或跨越縫隙的框架梁。在設(shè)置梁板時(shí)，應(yīng)盡量避免梁板與剪力墻之間的相交角度太小，否則會(huì)不利于水平地震力的傳遞和現(xiàn)場施工。

2.4.3約束長度

約束長度是指剪力墻邊緣處需要通過鋼筋等構(gòu)件將剪力墻約束在墻體內(nèi)部的長度。其長度的計(jì)算需要考慮墻的高度、寬度、墻體材料強(qiáng)度等因素，一般需要滿足一定的比例關(guān)系。約束長度越大，剪力墻的受力性能越好，但也會(huì)增加工程造價(jià)。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行合理的計(jì)算和取舍，以滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求。

2.4.4拉筋布置

拉筋布置是剪力墻配筋中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要目的是通過在剪力墻內(nèi)部設(shè)置鋼筋來增強(qiáng)其抗剪承載能力和整體剛度。在拉筋的布置方案中，需要考慮到剪力墻的受力情況、墻體厚度、鋼筋直徑和間距等因素。通常情況下，拉筋的數(shù)量和布置要滿足規(guī)范要求，以確保剪力墻的抗震性能和穩(wěn)定性。此外，在拉筋布置中還需要考慮與剪力墻墻體的連接方式，以確保鋼筋的充分發(fā)揮和與混凝土的良好結(jié)合。

2.4.5端部構(gòu)件設(shè)計(jì)

端部構(gòu)件設(shè)計(jì)的主要目的是通過對剪力墻端部構(gòu)件的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)其整體受力性能，確保結(jié)構(gòu)的安全性和抗震性。端部構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要考慮到構(gòu)件類型、尺寸、受力情況以及與剪力墻墻體的連接方式等因素。一般情況下，采用鋼筋混凝土構(gòu)件作為剪力墻的端部構(gòu)件，通過加強(qiáng)剪力墻的端部強(qiáng)度來提高整體抗震性能。在端部構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，還需要注意構(gòu)件的受力狀態(tài)和變形情況，以確保構(gòu)件的受力均勻和可靠。

2.5剪力墻結(jié)構(gòu)連梁問題

剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中，在連接處應(yīng)特別注意連梁的設(shè)計(jì)。連梁應(yīng)在剪力墻墻體上進(jìn)行設(shè)置，其位置應(yīng)考慮到受力情況和整體剛度。在連梁的設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)受力情況合理選用斷面尺寸和鋼筋配筋，以確保連梁的承載力和剛度滿足要求。此外，連梁的埋置長度應(yīng)符合規(guī)范要求，同時(shí)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意減小剪力墻結(jié)構(gòu)的不均勻變形，以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.6剪力墻墻肢與厚度設(shè)計(jì)

墻肢的設(shè)計(jì)需要考慮其高度和寬度的比值、墻體內(nèi)力分布及約束邊緣構(gòu)件的限制，以確保墻肢的強(qiáng)度和剛度滿足要求。而墻厚的設(shè)計(jì)需要綜合考慮墻體自重、外荷載、地震作用和約束邊緣構(gòu)件的限制等因素，以確定墻體的最優(yōu)厚度。通常情況下，墻體厚度在滿足計(jì)算及規(guī)范構(gòu)造要求的前提下應(yīng)盡可能地減小，以降低建筑物的自重和成本，并提高建筑空間的利用率。

2.7轉(zhuǎn)換空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑工程設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的。這是因?yàn)樵谀承┣闆r下，建筑的結(jié)構(gòu)需要在某個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而剪力墻的設(shè)計(jì)可以提供足夠的強(qiáng)度和剛度來滿足這種轉(zhuǎn)換的要求。在轉(zhuǎn)換空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了考慮相應(yīng)樓層的剛度比例，還需要考慮墻的高度、墻肢長度、厚度、鋼筋配筋等因素，以確保剪力墻在轉(zhuǎn)換處的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)換空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要考慮剪力墻的排布和布置，以保證整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。剪力墻的轉(zhuǎn)換空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮建筑的功能、使用要求、地形地質(zhì)條件等多種因素，以確定最合適的設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

2.8截面設(shè)計(jì)

2.8.1抗剪承載力的設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)中的抗剪承載力是設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問題之一。在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)和荷載特點(diǎn)，選擇合適的剪力墻厚度和鋼筋配筋等參數(shù)，并考慮墻身裂縫控制。常見的設(shè)計(jì)方法包括墻身單純剪力作用、剪力與彎矩共同作用的設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)中需要充分考慮不同構(gòu)件之間的相互作用，以確保剪力墻結(jié)構(gòu)具備足夠的抗剪承載力，從而滿足設(shè)計(jì)要求。

2.8.2抗彎承載力的設(shè)計(jì)

在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，除了抗剪承載力的問題外，還需要重點(diǎn)考慮抗彎承載力的問題。為了使剪力墻結(jié)構(gòu)具備足夠的抗彎承載力，需要進(jìn)行合理的剪力墻厚度和鋼筋配筋設(shè)計(jì)。在選擇剪力墻厚度時(shí)需要考慮墻身的開裂和變形情況，同時(shí)還需要考慮彎矩作用下墻體的承載能力。鋼筋配筋設(shè)計(jì)則需要充分考慮鋼筋的位置和數(shù)量，以確保墻體具備足夠的抗彎承載能力。

2.8.3開裂控制

在剪力墻的設(shè)計(jì)中，為了控制墻體開裂，需要選擇合適的墻體厚度和鋼筋配筋等參數(shù)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮墻體的自重和外部荷載作用下的變形和開裂情況，也需要充分考慮不同構(gòu)件之間的相互作用。在鋼筋配筋的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)剪力墻的結(jié)構(gòu)形式和荷載特點(diǎn)，合理選擇鋼筋的位置和數(shù)量，以控制墻體的開裂和變形，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2.8.4穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，需要考慮剪力墻的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。整體穩(wěn)定性包括墻體的穩(wěn)定和連接部位的穩(wěn)定，而局部穩(wěn)定性則包括墻體內(nèi)的柱和墻肢的穩(wěn)定。針對這些穩(wěn)定性問題，設(shè)計(jì)中需要采用合適的墻厚、連接方式和局部加強(qiáng)措施等來保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.8.5破壞形態(tài)

在破壞形態(tài)方面，需要考慮剪力墻的抗剪和抗彎破壞形態(tài)?？辜羝茐男螒B(tài)主要有墻肢剪切破壞和墻板撕裂破壞，而抗彎破壞形態(tài)則主要有墻肢彎曲破壞和墻板彎曲破壞。針對這些破壞形態(tài)，需要通過合理的剪力墻厚度、墻肢配筋和墻板配筋等設(shè)計(jì)參數(shù)來控制破壞形態(tài)，并且在設(shè)計(jì)中進(jìn)行合理的預(yù)測和分析，以確保結(jié)構(gòu)安全可靠。還需要注意開裂控制問題，即在結(jié)構(gòu)受到荷載作用時(shí)，要避免出現(xiàn)過大的開裂，從而保證結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀性。

3結(jié)語

通過闡述和總結(jié)，了解剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中的廣泛應(yīng)用和重要作用。剪力墻的設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，如承重設(shè)計(jì)、平面布置、配筋設(shè)計(jì)、連梁問題、截面設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮各個(gè)方面的因素，以確保剪力墻結(jié)構(gòu)的合理性和可靠性。通過上述的設(shè)計(jì)方法和原則為工程師提供了參考和指導(dǎo)，以提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平和工程質(zhì)量。

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