住宅建筑剪力墙结构的设计研究

住宅建筑剪力墙结构的设计研究

周孝志

浙江绿城东方建筑设计有限公司杭州分公司

【摘要】本文根据住宅结构设计工程的现状与结构平面设计，再结合结构设计中计算模型的影响因素，对框架剪力墙与剪力墙两种结构性能进行了对比分析。

【关键词】住宅；结构设计；分析；剪力墙；计算模型

随着人们生活水平的提高，对住宅结构设计上对其使用功能和外形美观相应地提出了更高要求。为满足建筑使用功能需求，在对住宅结构进行设计时常采用框支剪力墙的结构设计方式，但该结构存在安全隐患，抗震能力较差，当地震发生时易造成严重损失。在住宅结构设计上，结构参数的选取应具有科学性和正确性，对剪力墙结构的分析上需优化调整，结合正确、合理的计算指标分析结构性能。

一、工程概况

选用某住宅结构设计方案实施工程为本次研究的实例对象。该工程具有地下一层，整体建筑高达28.79m，地震加速度符合相关标准；在设计时其中预防地震设计应排在首要位置，其中将场地类别进行编号，相关指标均符合要求。露面以及屋面的活荷载值都将依据建筑结构的荷载规范进行设置，在混凝土砌块墙体进行重量标准划分时应实地勘测，计算出相关的容重值。住宅结构的墙、柱、梁等三部分的主筋在钢筋的选用上可考虑HRB400级钢筋，而板主筋、结构其他部分的钢筋以及箍筋不同于主筋钢筋，可考虑使用HPB300级钢筋。在住宅结构设计实例分析中可通过SATWE结构设计软件分别对框架剪力墙与剪力墙结构进行数据处理与分析，对影响小高层剪力墙结构设计的因素进行有效研究分析。

二、住宅结构平面的设计

房屋结构设计的主旨在于保障建造结构的安全实用，在一定的年限中符合相关预期功能的要求，同时实现经济实惠的目的。对房屋建筑结构的分类是以房屋的梁、柱、墙等承重构成部分的建筑材料类型为主，细分为六种类型，分别为钢结构；钢、钢筋混凝土结构；钢筋混凝土结构；混合结构；砖木结构以及其他结构。在住宅结构框架上大多采用剪力墙结构类型，其中有框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构以及剪力墙结构等。

框架剪力墙结构的平面设计主要依据混凝土异形柱结构设计相关规程将框架和剪力墙各分为三级，在对柱放置时应遵循相应的原则，以其对齐方式便于整体平面结构和刚度达到均衡状态。在平面设计图中可将角柱标为“L”形柱，边柱将以“T”形状表示，中柱则是“十”或者“T”形标明。在整个住宅结构中楼梯间和电梯间将设置均匀对称的剪力墙，其中电梯间的剪力墙需封闭处理，为整体的抗侧刚度提供有利条件。

剪力墙结构的平面设计则需遵循小高层混凝土结构设计的相关规程，将剪力墙主要分为四级。当先需要注意剪力墙的均匀对称分布，其主要覆盖范围为建筑物周围和楼梯间位置，而电梯间位置则需采用封闭处理。每片剪力墙的刚度与尺寸需适当掌握，便于墙肢弯曲刚度恰好满足要求，同时还可采用弱连梁于各个墙段。

三、住宅结构设计时计算模型的影响因素

在住宅结构设计中，有关整体结构的力学计算在柱与剪力墙方面小大相同，不一样的输入方式，对住宅结构的自振周期、梁柱内部承受力等都会起着一定的作用，甚至在结构的侧移方面也将因之而制约。住宅结构设计的计算模型环节中应注意的影响因素主要有剪切变形、弯剪变形两个方面。前一种因素主要与异形柱相关，其功能为承受结构的竖向力，在受力方面将与框架柱的矩形情况一致，在结构设计中可将其划在剪切变形范畴之内；后一种因素则与剪力墙相关联，主要功能为承受整体结构的水平作用力，当其发生受力变形时则属弯剪变形范围。采用计算机程序进行模型计算时，在输入数据方面可将墙肢截面的高设为h，宽设为b，其中当h/b<4时应以异形柱式进行输入处理；5≤h/b≤8时，则应按照短肢剪力墙格式进行输入处理；当截面高于宽的比例在8之上时则需采取剪力墙输入。不同的输入方式对整体结构的设计模型将会产生一定的影响，故而在对结构设计计算模型时需多方位考虑，注重设计细节，以便在住宅结构设计完成时满足用户的要求。

四、结构性能对比探究

(一)结构自振周期

无论是框架剪力墙结构，还是剪力墙结构，在振型上的选择应用方式一致，第一振型与第二振型主要采用平动系数，而第三振型则使用扭转系数。为符合相关的规范需求，以扭转为主与以平动为主的第一自振周期比例需小于0.9，在进行设计时应按照规范流程进行。框架剪力墙结构的周期较剪力墙结构的长，其墙肢侧移刚度小。两种建筑结构的自振周期表如下表1所示。

（四）结构原理分析

框架剪力墙结构因其满足多样的建筑功能要求而在剪力墙设置数量上具有一定的数值。其本质是将框架与剪力墙在抗侧力结构时能够产生新的受力形式，与纯粹的框架结构有一定的区别。在该结构中主要采用钢筋混凝土墙板，对荷载的内力起着承担作用，对结构水平力可良好控制。应用此结构将会留有适当的整体空间，便于进行室内设计，在小高层住宅建筑中常使用的结构形式中占据重要地位。

（五）结构水平位移的对比分析

框架剪力墙结构与剪力墙结构在最大层间位移角标准上具有差异性，前者需依据混凝土异形柱结构设计规程的标准，后者则需满足高层建筑混凝土结构技术规程的要求。据实际观察而言，剪力墙的最大位移反应将小于框架剪力墙结构；在最大层间位移对比上，两者住宅结构皆集中在整体房屋的中间靠下位置，其中剪力墙结构的最大层间位移趋向于房屋楼层的中间处，反映其层间位移较为均衡，抗侧性强。

（六）结构最不利内力组合对比分析

两种结构梁的最不利内力组合上区别不明显，框架剪力墙结构梁的跨度明显大于剪力墙结构，在结构柱肢长度相对较短；而剪力墙结构因其采用短肢剪力墙对间距进行了调整，在结构梁的最大跨度上有所缩减。与剪力墙结构的内力值进行对比，框架剪力墙结构的内力值较大，但在墙柱钢筋配置上，两种结构的剪力墙与框架柱均选用构造配筋。

结束语

综上所述，结合住宅结构中框架剪力墙结构与剪力墙结构的对比分析，在进行小高层住宅结构设计时应灵活采用合适的结构形式。在进行住宅结构设计上，可依据住宅楼层进行选择，若楼层在十层以内，则可应用框架剪力墙结构，便于提升经济效益；若在十层之上则需选用剪力墙结构，满足建筑结构设计要求，以提高住宅结构设计水平。

参考文献

[1]胡金焱.浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].科技创新与应用.2013(31)

[2]赵守勇.剪力墙结构设计分析[J].煤炭技术.2011(09)