建筑结构设计中剪力墙结构设计的使用研究

魏刚

摘要：在剪力墙的结构设计中需要考虑多方面的问题，以使剪力墙一方面可以充分发挥其抗震、抗风的作用，另一方面也可使剪力墙与其他结构组成复合的结构体系，优势互补，既保证建筑的安全性，同时也提高了建筑的使用功能。因此，作为设计人员要充分发挥主观能动性，在剪力墙结构设计中应用多学科的知识，力求设计出既安全实用又经济的剪力墙结构。本文对建筑结构设计中剪力墙结构设计进行了探讨。

关键词：建筑结构设计；剪力墙；结构设计；措施

中图分类号：TU3文献标识码： A

剪力墙结构在建筑设计中所表现出的优势非常明显，能够在新的环境下更好的适应建筑的发展需求，同时也满足了人们对建筑的使用需求，对于提高建筑质量也发挥着重要的作用。然而就目前来看，剪力墙结构的应用还存在着诸多问题，因此，我们还需要不断的进行探索，从而提高剪力墙结构技术水平的发展，为建筑工程的发展提供更多、更可靠的基础保障。

一、剪力墙的特点和类别

1、 整体墙

整体墙就是指没有洞口，或者门窗洞口的面积之和不超过剪力墙侧面积15%的并且洞口之间的净距离以及孔洞到墙边的净距离大于洞口长边的尺寸。整体墙的受力特点就如同一面悬臂墙，整体墙的弯矩图上既没有突点变，没看不到反弯点，整体墙的变形主要是以弯曲型为主。

2、小开口整体墙

小开口的整体墙指的是墙面的开孔面积超过整个墙体面积的15%，但是总体来说还是小面积开孔的范畴之内，这种小开口整体墙一个显著的特点就是弯矩图在连接房梁的部分会发生明显的突变，而在高度上并没有反弯点，但这种情况也并非是绝对的，在个别的楼层还是会有反弯点。

3、 连肢墙

连肢墙指的是在墙面开有一列或者多列洞口，并且洞口的尺寸相对较大，这时剪力墙的受力特点和小开口的整体墙有些类似。

4、 壁式框架

这种类型的剪力墙洞墙面洞口的尺寸相对来说比较大，此时，连接梁线以及墙肢线的刚度较为接近。壁式框架的一个显著的特点就是弯矩图在有楼层的地方会发生明显的突变，并且会出现反弯点。

二、剪力墙优劣势分析

剪力墙结构设计合理，仅仅利用较少的钢量就可以达到很高的刚度，从而确保整体性良好。基于这种优势，目前剪力墙结构已经广泛应用于高层建筑工程中。住宅建筑的风格多样化进展过程中，室内的不均匀布置与分隔墙在住宅建筑中应用越来发挥多，建设单位多采用把承重墙与分隔墙利用现浇混凝土的结构来进行设计，充分体现了经济性的要求，同时也满足业主需求。凡事都有两面性，剪力墙结构也存在着一定的缺点。在剪力墙结构中混凝土使用量较大，会不断增加建筑结构的重量，在发生地震等灾害时，由于抗接侧刚度大，上层将会产生结构不稳定的现象，从而对高层人们的正常生活造成威胁。在剪力墙的结构设计计算中，要有效发挥结构优势，避免劣势问题，或采取相应的补充措施，对缺陷进行有效化解。

三、提高建筑结构设计中剪力墙结构设计的措施

1、 剪力墙结构的合理布置

（1）剪力墙应沿主轴方向双向均匀布置，宜使两个方向抗侧刚度接近，不宜采取单向的方式进行布设。尽量使得刚度中心与质量中心靠近，减小地震造成结构扭转。

（2）在对剪力墙结构进行布设时，墙肢使用不宜选择“一”字形的，带翼缘的T 型或L 型等最为适宜。

（3）为减轻结构自重，加大建筑可用空间，剪力墙不宜布置太密使结构有合适的刚度，以满足规范的侧移限制为好。

（4）剪力墙竖向刚度要求匀称，由下到上连续布置，可沿高度改变剪力墙厚度和混凝土强度等级。

（5）剪力墙上要布置洞口，应尽量布置成成排成列，能够形成很明确的墙肢和连梁，使得应力分布比较规则，又与计算简图较为吻合，设计结果比较可靠。

2、 剪力墙长度和厚度的选择

为了使剪力墙结构具有足够的延性，剪力墙墙肢长度一般不宜大于8m，这是因为细高的剪力墙（高宽比大于2）具有很好的延性，可以防止脆性的剪切破坏。当墙的长度大于8m 或更长时，为了满足延性要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较短、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁，使其可近似成独立的墙段。《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2 条规定了剪力墙的最小厚度，以保证剪力墙的刚度和稳定性能。在短肢剪力墙结构中，《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定其抗震等级应采用比抗震等级提高一级。如剪力墙住宅中，填充墙厚一般为200mm，相应的剪力墙厚也应取200mm。以保证剪力墙平面外有足够的刚度，防止结构在偏心荷载下产生屈曲失稳。

3、 剪力墙结构中连梁的设计

剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。在风荷载、地震作用等水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形破坏时的形态与连梁有很大的关系。因此，在设计剪力墙结构时，应重视连梁的设计，以减少剪力墙的破坏几率。在剪力墙结构设计中应遵循强墙弱梁的原则，提高结构的延性。如在本工程中，在窗洞露面和窗台之间部分使用轻质砌筑材料；在有飘窗时，在窗台处再增加一根梁且在梁之间用轻质材料填充。

4、剪力墙大墙肢处理应用

剪力墙本身的刚度非常大，同时也存在着一定的延伸性，这主要是因为施工材料无可避免的形成的。正因为如此，在进行剪力墙结构设计时同样需要考虑到延展特性，从实际出发，结构设计对整体性的作用将会更加科学。在剪力墙的结构设计中，极易出现弯曲破坏形式，容易在投入使用后经过一段时间的应力积累，造成脆性破坏。所以在设计过程中，要对剪力墙在满足承载要求的基础上，进行分层间隔设计，均匀独立的剪力墙对于提高墙体的结构承载力非常有效。长度较小的剪力墙在受弯时造成的裂缝宽度较小，可以发挥配筋的作用。一般而言，对于超过八米的墙肢长度，要采用开施工钎与开计算洞的方式进行处理。前者是在施工墙上留洞，在完成后进行砌填，对墙肢进行分解，而第二种是在计算时就设有孔洞，不过在施工阶段却为混凝土墙，从而加强其他的墙脚的配筋能力。

5、 结构设计中的墙体配筋

对于整体建筑结构的安全与工程经济性来说，控制好剪力墙的配筋作用十分明显，剪力墙的面积非常大，整个建筑规模都需要使用到剪力墙。剪力墙的配筋多把竖向钢筋置于内侧，而把横向的钢筋置于外介。剪力墙的配筋需要满足最小配筋率要求，如果采用双向钢筋网片可以有效节省墙体配筋。墙体配盘减少，将对规模庞大的高层建筑工程造价有着积极的作用，得到了建设单位的认可。

6、剪力墙结构中过渡层的设计

对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，比如底层框架剪力墙结构，其过渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震中需要提供的抗倾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均匀荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者压剪的应力状态，而一旦有横向荷载作用时，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力及其抗裂性能都将相应地降低。根据试验表明，在垂直和反复横向荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力大约会降低两到三成。而如果按验算一般墙体横向承载力的方法，当其托梁的高跨比或者垂直荷载较小时，就将会过高地估计过渡层或者转换层剪力墙的抗震承载力，从而降低结构抗震的安全可靠性。

由此可见，对剪力墙的结构进行优化设计，不但能增大其抗侧刚度，还能提高高层建筑的抗震性，有效降低工程造价成本，为建筑市场的布展发展做出突出贡献。

参考文献：

[1] 王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J]. 山西建筑. 2010(05)

[2] 唐少虎.论高层建筑剪力墙的结构设计分析[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2008(06)

[3]杨晓红,肖可.结合工程实例探讨高层建筑结构设计[J]. 中国新技术新产品. 2010(13)