浅析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

赵旭

辽宁德龙工程设计咨询有限责任公司 辽宁 123000

摘要：随着国家经济的发展以及为了提高土地的利用率，各种建筑越建越多、越来越高，而剪力墙作为建筑结构中的重要结构部分，应当对其进行结构设计，本文主要阐述了剪力墙结构的基本概念及其分类，并介绍了剪力墙的布置原则，分析了剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用，最后分析了剪力墙结构设计与计算的优化策略。

关键词：剪力墙；结构设计；建筑结构设计；应用

一、前言

近些年来，伴随着国家经济的急速发展，人们的生活水平得到了较大的提高。人们对于建筑的功能需求也越加的多，这都为我国建筑行业的发展提供了足够的动，尤其是在建筑施工技术发展的技术支持的前提下。因此，人们对于建筑工程的施工质量提出了更高的要求，设计人员设计的建筑结构也更加的复杂。而剪力墙结构作为建筑结构中最重要的部位，其在建筑结构中的使用可以最大程度的提高建筑结构的质量，并使得建筑结构更加安全、经济。

二、剪力墙结构的基本概念及其分类

1.剪力墙结构的基本概念

剪力墙是房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。防止结构剪切破坏。按结构可分为框架一剪力墙结构、普通剪力墙结构、框支剪力墙结构。框架一剪力墙结构。是由框架与剪力墙组合而成的结构体系，适用于需要有局部大空间的建筑，这时在局部大空间部分采用框架结构，同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗震能力，从而满足高层建筑的要求。普通剪力墙结构。全部由剪力墙组成的结构体系。

当剪力墙结构的底部需要有大空间，剪力墙无法全部落地时，就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时，这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载，同时承担风力或地震作用传来的水平地震作用。剪力墙即由此而得名（抗震规范定名为抗震墙）。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。剪力墙结构体系，有很好的承载能力，而且有很好的整体性和空间作用，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此，可建造较高的建筑物。剪力墙结构的优点是侧向刚度大，在水平荷载作用下侧移小，其缺点是剪力墙的间距有一定限制，建筑平面布置不灵活，不适合要求大空间的公共建筑，另外结构自重也较大，灵活性就差。一般适用住宅、公寓和旅馆。

2.剪力墙的分类

剪力墙因为孔洞的问题受力状况和特点都会不同，其变形状态和内力分布都会发生变化。根据其开洞的情况可以分为实体墙、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙、壁式框架等。

（一）实体墙

实体墙就不开洞或者开洞不超过墙的15%。其受力特点和整体悬臂梁比较类似，墙肢法向应力呈线性分布，破坏形态和偏心受压柱相似。整体高度上变形主要是弯曲型，无反弯点和突变。

（二）整体剪力墙

整体小开口剪力墙是开洞仍然比较小但是洞口面积大于15%。其受力性能可以按整体悬臂梁考虑，并且还要考虑墙肢的局部弯矩。其弯矩图在整个墙肢高度上没有反弯点，而在连梁处发生突变。

（三）双肢或多肢剪力墙

双肢或多肢剪力墙是墙体开洞很大或者洞口成列布置。其受力特点和整体小开口剪力墙比较类似。受力特点与整体小开口墙相似。

（四）壁式框架。

壁式框架是洞口尺寸很大，墙体肢线和连梁线这两的刚度差不多的墙。其受力特点 的弯矩图的突变发生在楼层处，并且基本上所有的楼层都会有反弯点。

三、剪力墙的布置原则

1、均匀、分散和对称布置

剪力墙宜双向布置，均匀布置在建筑物的周边、平面形状变化和竖向荷载较大等部位，剪力墙宜贯通建筑物的全高，以便形成空间结构，避免刚度突变。

2、简单、规则布置

剪力墙墙肢的截面宜简单、规则，平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。剪力墙在纵横两个主轴方向组合部署成 L 形、T 形、槽形、封闭筒等形式。避免剪力墙沿高度发生刚度突变，剪力墙结构具有适宜的抗侧刚度即可。

3.增大结构空间

为了充分增大剪力墙结构的可利用空间，剪力墙不宜布置得太密。不宜在伸缩缝和防震缝两侧同时布置剪力墙，纵向剪力墙不宜布置在端部，而应布置在中部，间距也不宜过大，使各主轴方向的侧向刚度接近。

4.抗震设计的剪力墙结构应具有足够的延性。

当剪力墙长度很大时，可以通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的独立墙段。每片剪力墙连续尺寸不要太长，每片剪力墙的弯曲刚度要适中，保证刚度中心与平面中心相吻合。

四、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

1.剪力墙截面厚度

在建筑结构设计中之所以会规定剪力墙的最小厚度，是为了保障剪力墙平面之外的刚度以及作为竖向构件的稳定性。当墙肢平面外出现与之相交的剪力墙的时候，可以将其视为剪力墙的支承，这样一来就有利于保证剪力墙平面外的刚度和稳定了。因此在确定墙肢的最小厚度的时候，应该按层高以及无支长度两者的较小值来计算。有关规范规定：在非抗震设计时，剪力墙的最小厚度不应该小于层高或者无支长度的 1/25，并且还要大于 160mm。而在抗震设计时，底部加强区在一、二级抗震等级时不宜小于 1/20，并且大于等于 160mm；三、四级抗震等级时不小于 1/20，且大于等于 160mm。其他各层在一、二级抗震等级时，不能小于层高或者无支长度的 1/20，且大于等于 160mm；在三、四级抗震等级时不小于 1/25，且大于等于 160mm。分隔电梯井或管道井的墙应大于等于 160mm。

2.剪力墙结构设计中混凝土的强度等级

剪力墙结构混凝土强度等级不应低于 C20；而筒体的剪力墙结构的混凝土强度等级不宜低于 C30。

3.设置构造边缘构件和约束边缘构件

剪力墙一般在一、二级抗震的一般部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的时候，剪力墙的墙肢端部应该设置构造边缘构件；在一、二级抗震的底部加强部位以及其上一层的墙肢端部应该设置约束边缘构件。且规定了最小配筋率，以防止剪力墙受拉边缘处的裂缝宽度过大和剪力墙受弯时少筋的脆性破坏。

4.最小配筋率

规定了剪力墙的竖向和水平分布钢筋的最小配筋率，以避免墙肢的剪拉和斜压脆性破坏。一般剪力墙的竖向和水平分布筋的配筋率为：一、二、三级抗震等级时不宜小于0.25%，四级抗震等级及非抗震等级时为0.2%，间距不应大于 300mm，直径不应小于8mm，也不宜大于墙肢厚度的1/10。

五、剪力墙结构设计与计算的优化策略

1.剪力墙结构设计的优化原则

在剪力墙机构中，其剪力墙通常沿着主轴的方向或者其它的方向实施双向布置，这样才能形成有一定的空间结构，在设计抗震型剪力墙结构时，应该避开布置较为单一的剪力墙，且要使得两个受力方向中的抗侧刚度最大接近，使其有着合适的空间工作性能。我们知道，剪力墙的承载力度与