建筑剪力墙结构设计探析

蒋继学

摘要：本文在高层建筑越来越快速发展的情况下，对剪力墙的结构设计、剪力墙的布置原则进行了逐一探析。结合如何发挥剪力墙的抗侧能力等优点，而且提出了对剪力墙的合理结构方案，并根据实际不同建筑物的高度，提出了剪力墙结构的几种方法。

关键词 剪力墙；结构设计；探析

中国经济的迅速发展，使城市土地面积越来越紧张化。住宅类的建筑物于是开始像高层空间发展。这使得大多数的建筑物开始选用剪力墙这种结构体系。而在实际操作中，由于混凝土的用量和含钢量会比较大，即使同一建筑平面，不同的结构墙体布置在经济上的指标会出入较大。所以，如何在节约成本的情况下，设计出合理、科学、安全的剪力墙结构就显得尤为重要。

一、 剪力墙的基本概述

（一） 剪力墙及剪力墙结构的概念

为了增加高层建筑抵抗风力、地震等水平推力的能力，将转角处外墙和部分内墙与柱子结合起来。采用的现浇钢筋混凝土结构，这部分墙体叫剪力墙。

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙是建筑的一种竖向承重构件，但其受力方式与柱子是不同的。一般在结构体系中，由于剪力墙的刚度比较大，所以在承担结构的侧向力方面有较大的贡献，而在受力方面剪力墙往往是不出现反弯点。

（二） 剪力墙的基本类型

剪力墙根据有无洞口、洞口的大小及位置和形状等可分为四类。即整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。

1、 整截面墙：指没有洞口的实体墙或洞口很小的剪力墙。其受力状态如同竖向悬臂构件。当剪力墙高度宽度比较大时，受弯变形后截面仍可保持平面，法向应力呈线性分布。

2、 整体小开口墙：指洞口稍大且成列分布的剪力墙，截面上法向应力稍偏离直线分布，相当于整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加。墙肢的局部弯矩一般不超过总弯矩的15%，且墙肢在大部分楼层没有反弯点。

3、 联肢墙：指洞口更大且成列布置，使连梁刚度比墙肢刚度小得多，连梁中部有反弯点，各墙肢单独作用较显著，可看成若干个单肢剪力墙由连梁联结起来的剪力墙。当开有一列洞口时为双肢墙，当开有多列洞口时为多肢墙。

4、 壁式框架：当洞口宽而大，墙肢宽度相对较小，墙肢刚度与连梁刚度相差不太远时，剪力墙的受力性能与框架结构相类似；其特点是墙肢截面的法向应力分布明显出现局部弯矩，在许多楼层内墙肢有反弯点。

二、 剪力墙的结构布置

1、 剪力墙结构是由纵向的和横向的钢筋混凝土墙组合而成，它承载着风力、地震作用力等。

2、 在高层剪力墙结构中，其墙体应该采用双向或者多向的布置格局，这样才能形成对承受竖向的、刚度大平面的有利布局。而在抗震结构中，应避免只采用单向剪力墙的结构布置，而且剪力墙结构的侧向刚度不要过大。剪力墙的间隔距最好也不要太密，应该采用大开间的格局。

3、 高层建筑物的结构尽量不要全部采用短肢剪力墙的结构设计。短肢剪力墙是指截面高度与厚度的比为5—8的剪力墙。

4、 较长的剪力墙可分为跨高比不小于5的几个独立墙段，每个独立墙段又可用于整体墙或联肢墙。每个独立的墙段的总体高度和长度不能小于2，不然就会剪切破坏。每个墙段又具有若干个墙肢，墙肢的长度不能大于8米。当长于8米时，应该在施工时墙上留个结构洞，完工时在将其补上。把长墙分成短墙施工。

5、 控制好剪力墙的平面外的弯矩。当剪力墙肢与它平面外方向的楼面的梁相连接时，应该采取以下措施的一种，来减小梁端部位的弯矩对墙的有害影响：

（1）、设置出沿着梁轴线的方向与梁相连接的剪力墙，制止该墙肢的平面外弯矩。

（2）、如果不能设置出与梁轴线的方向相连接的剪力墙时，那么就在相交处设计扶壁柱。

（3）、当扶壁柱也不适宜时，就该在墙与梁相交处用暗柱。

（4）、如果有需要时，也可在剪力墙内设置型钢。

（5）、在梁与墙的连接处，梁内的钢筋必须锚入墙内，而且应该有一定的锚固长度。

（6）、剪力墙应连续从上到底连续分布，中间不能中断。墙的厚度沿竖向应依次减薄，变截面的厚度不应发生太大的变化。为了避免剪力墙结构刚度突变，其厚度与混凝土的强度等级变化应适合错开它的楼层设置。

三、剪力墙结构的布置原则

在剪力墙结构中剪力墙承载着全部竖向力和水平力。所以一般建筑物应沿轴线双向布置，特别在抗震结构中，不宜使用单向的剪力墙结构布置，而且两个方向的抗侧刚度应比较接近。剪力墙应该拉直来增加其抗震能力。为了使受力明确、计算起来方便，门窗洞口的各层应该对齐，形成正确的墙肢和连梁。如果出现叠合错洞墙，由于其错开距离小，不仅使墙肢出现不规律，而且还会造成洞口之间的薄弱，对抗震及其不利。

剪力墙在高层建筑使用时，应该沿竖向贯通其整个建筑物。如果发生改变，就要改变墙的厚度和混凝土的等级，减少一些墙肢，这样抗侧刚度会渐渐减小。剪力墙应该避免在洞口与墙边形成小的墙肢。而小墙肢宽度也不应小于三倍的墙体厚度，并且应加强暗柱的使用。

尽量不要将建筑物的主梁直接承受在剪力墙连梁之上。其一由于主梁的端部约束可能达标，另一方面对建筑物的连梁本身不好，容易造成连梁出现裂缝。

四、剪力墙的结构设计方案

（一）、高层建筑物二十层以下的楼层，一般采用短肢的剪力墙的结构设计。往往采用传统的现浇剪力墙结构。并且刚度大的剪力墙震害就会越轻，但又不能无限增加它的刚度，这样工程费用就会太高。

传统的短肢剪力墙结构，用开设数量适宜的结构洞来实施，在主体建筑物封顶之后，大开口的剪力墙就会保持比较好的抗震能力。

（二）、当建筑物高于二十层时，大多数情况就是采用现浇的剪力墙结构体系。因为如果用短肢剪力墙结构，可能会使结构比较柔软，结构层间的位移和顶点的位移不一定正好合适。这样可能会使剪力墙结构出现安全隐患。

（三）、在商住两用房中，一般采用底部大空间的结构体系。也就是说上层一般是住宅，下面作为商铺使用。但这种大空间的结构体系也有很大的缺点，由于上层的剪力墙抗侧刚度大，底层的刚度小，在竖直方向变化比较大。假如其受到了较大的水平作用力，就容易发生变形。

五、剪力墙的连梁超筋问题

在大多数的框剪结构中，由于剪力墙的数量较少，大部分的水平力都有由剪力墙去承受，故超筋现象比较普遍。一般采用把剪力墙进行分散均匀布置， 同时把剪力墙的布置成墙肢多而且短。如果此办法仍不能解决超筋问题，还可用以下两种方法：

（一）、如果是连梁的弯矩大大超过了其自身的最大承载力时，就可以考虑减小这层的连梁弯矩值，并合理地提高上层和下层的弯矩值，以补偿缩短的弯矩保持其平衡。但有一定的要求，就是提高和降低的弯矩值都不能超过百分之十五。

（二）、同时把连梁的刚度减小，其系数必须小于零点五五。

总结：

随着商品房的快速发展，建筑剪力墙的运用是越来越广泛。但如何设计出最经济、最美观、最科学的布置方案，还应该考虑多方面的问题。而剪力墙的结构设计应该是个全过程、全方位、全体设计人员共同配合的过程。这样才能使得整个工程不仅造价合理，还有可靠的安全性、美观性。

参考文献：

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[2]陈明.浅议连梁超筋率及解决方案[J].P KPM新天地，2008（4）

[3]钱稼茹.基于位移延性的剪力墙设计[J].建筑结构学报，2009（6）