建筑结构设计中剪力墙结构设计方法及应用初探

王丹　卢林涛　牛新朋

摘要：如今，我国经济快速发展、技术水平不断提高，建筑事业的发展也在突飞猛进。作为我国重要的支柱性产业，建筑行业在近年的结构设计中，普遍采用剪力墙结构，这和剪力墙结构较好的抗震性和抗侧刚度大的特点是密不可分的。文章对剪力墙结构设计方法及建筑结构设计的应用进行了分析，保障了建筑结构中剪力墙的正确使用。

关键词：剪力墙；结构设计；应用分析

剪力墙在建筑中具有结构刚度大、整体好、抗震性强等优点，从而被广泛应用到建筑结构设计中。剪力墙在应用中具有众多优点，得到了开发商和业主的普遍青睐。在应用中，要仔细分析剪力墙的优缺点，以提高剪力墙结构的综合利用率，更好的促进建筑事业的发展。

1.剪力墙结构设计中的基本概念及其分类

1.1剪力墙结构的基本概念。剪力墙高和宽尺寸都比较大，但其厚度却非常小，这就决定了剪力墙的几何特征和受力形态。其几何特征类似于板，但受力形态却和柱子惊人的相似，在比值上与柱子有一定的区别。在剪力墙的结构中，墙是一个平面结构，承受着竖向压力和其平面作用下的水平剪力的双重力量。在地震作用和风载下剪力墙仅满足刚度强度是远远不够的，还必须满足非弹性形变反复循环下的延性、能量消耗和控制结构断裂而不倒的要求。所以，在剪力墙的设计中要求将其设计成延性弯曲型。

1.2剪力墙结构的分类。剪力墙结构主要可以分为四类，而分类的依据则是剪力墙是否开洞和其开洞的大小。（1）实体墙或者截面剪力墙不开洞或者开洞的面积小于15%，这种剪力墙就会变成曲型，其就像一个整体的悬壁墙，在整个墙肢的高度上，弯矩图既没有弯点，也不会发生突变；（2）整体小开口剪力墙。虽然这种剪力墙的开口比较小，但是开洞面积已经大于15%。整个剪力墙的变形主要为弯曲型，但是整个墙肢的高度基本上没有反弯点，弯矩图的主要位置发生了突变；（3）双肢或多肢剪力墙。这种剪力墙一般开口较大，或者其洞口成列分布。虽然在开口上与整体小开口剪力墙不同，但是受力特点却十分类似；（4）壁式框架。这种剪力墙洞口尺寸很大，连梁线刚度和墙肢线的刚度比较接近，整个受力墙的变形为剪切型，受力特点与框架结构类似。壁式框架在大多数高层建筑的楼层中会出现反弯点，弯矩图在楼层的地方也会产生突变。

2.剪力墙结构设计的方法

剪力墙长度和宽的尺寸比较大，但是其厚度比较小。根据其设计的长度和厚度的比值可以将其按照柱形和双向受压构件设计。

2.1剪力墙结构厚度的选取。抗震规范6.4.1条有明确规定，剪力墙底部加强墙厚一、二级抗震等级最好大于200mm，而且不得低于楼层高度的1/16，其它地方则不得小于160mm。在剪力墙结构设计中，遇到特殊情况的建筑物应该采取概念设计分析，有效控制墙肢轴压的比值，确保整体的连结从而达到减少墙厚度的效果。

2.2墙肢长度的选取。剪力墙墙肢截面的高度就是剪力墙墙肢的长度，这个长度一般不应超过8m。在剪力墙结构设计中应确保剪力墙结构的延性，为了避免脆性的剪切破坏，可以将高宽比大于2的细高剪力墙设计成弯曲破坏的延性剪力墙。但有的墙体长度很长，为了确保墙体的高宽比值大于2，就要开设洞口，将长墙分成均匀、长度较小的连肢墙，而其洞口则最好采用约束弯矩比较小的弱连梁。

3.剪力墙结构设计计算的原则

在剪力墙的设计过程中，不能盲目地采取手段，应该根据设计规范具体考察结构的设计是否合理。在进行设计时，在技术层面上应遵循一些原则，这样才能促进剪力墙结构设计的规范化、合理化。

3.1楼层之间最小剪力系数的调整原则。为了减轻结构的自重，避免地震的发生，在建筑过程中可以减少布置剪力墙，但是要求短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的比值不超过40%，可以采取大开间剪力墙，使其结构拥有更好的侧向刚度，确保楼层最小剪力系数不小于规范限值，这样可以大大减少工程造价。

3.2楼层层间最大位移与层高之比的调整原则。对于普通的建筑，设计重点是楼层之间的扭转变形和剪切变形。剪切变形的控制大多以竖向构件的多少来衡量，如果竖向构件数量很多，就会造成剪重比偏大，造成设计不合理，导致扭转变形过大，同样不能有效满足楼层间位移的需要。所以，在建筑物中应尽量避免扭转变形，而不能仅靠增加竖向构件的刚度来调整楼层之间的位移。

3.3剪力墙连梁超限的调整原则。剪力墙跨高比小于2.5的连梁比较容易出现剪力和弯矩超过规定限度的情况，因此一般规定剪力墙连梁的跨高比最好大于2.5.跨高比大于5的连梁最好按照框架梁来设计，而跨高比在5-6之间，连梁刚度不减的情况下，会出现剪力或弯矩超出规定限度。所以在剪力墙结构设计过程中应该充分利用连梁超限的调整原则，这样回大大节省工程造价，能有效的节约工程的投资。

4.认真分析剪力墙结构体系特点，采取有效措施优化结构设计

4.1剪力墙结构体系特点。剪力墙作为建筑结构中不可或缺的构件，逐渐被人们发现了不足之处，其具有承载力和平面内刚度大的优势，但剪切变形相对来说较大，且平面外较薄弱，加上开动后剪力墙形式复杂多变，受力非常繁琐。剪力墙的抗剪、抗弯以及抗侧刚度都比较大，在地震作用下，可以吸收地震的能量，减小地震力对建筑结构的破坏性。所以，使用剪力墙结构的建筑质量更高，出现安全的事故的概率也更低。剪力墙结构设计比较复杂，而且施工成本较高；剪力墙的高度一般比普通墙面要高很多，墙体相比较为平整，外形更加美观。剪力墙的类型很多，不同的施工要求以及施工场地对剪力墙的结构有着不同的选择，为了提高施工的质量，设计人员需要先实地考察，这样也有助于设计出科学、合理的建筑。剪力墙在建筑中数量不宜过多，否则会影响建筑的整体结构以及布置的合理性。在设计剪力墙结构时，要考虑到不同墙面的承重能力不同，这样才能充分显现剪力墙的作用与价值。

4.2剪力墙优化设计的有效措施。在优化剪力墙结构的设计中，为了使受力达到均衡，应当采取有效的措施。剪力墙结构的安全可靠度非常高，每一个结构能够同时发挥最大作用，这样能够使设计达到经济合理。所以在剪力墙的优化设计中首先应该考虑到工程的造价和安全性，结合这两项因素对剪力墙的布置进行合理的调整，这样能够促进建筑结构设计中剪力墙结构的优化。另外，为了节省工程造价，可以从技术手段和原材料的应用这两方面入手。

5.结语

剪力墙结构在民用建筑中应用广泛，对剪力墙结构设计进行有效分析的过程中，我们应该重视剪力墙结构基本概念的设计，认真把握设计中遵守的各项原则，合理选用剪力墙结构的长度和宽度，使设计达到最优效果。只有这样才能保证建筑结构经济安全，有效减少工程费用，促进整个工程建设的持续稳定发展。