论剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

王 俊 飞

(山西宏厦建筑工程有限公司，山西 阳泉 045000)



论剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

王 俊 飞

(山西宏厦建筑工程有限公司，山西 阳泉 045000)

阐述了剪力墙结构的定义、特点、种类及其布置方式，从剪力墙位置选取、墙肢长度确定、梁板布置等方面，总结出剪力墙设计应遵循的原则和设计要点，并分析了剪力墙结构在建筑结构设计中的具体应用，有助于提高我国的建筑工程设计水平。

剪力墙，设计原则，建筑结构

1 剪力墙结构概述

1.1 剪力墙结构的定义和特点

剪力墙结构是应用范围较广的承重体系，是纵向与横向的钢筋混凝土墙的结合，因能承受水平方向与竖直方向的力而得名，同时还能制约建筑在水平方向上产生的力。剪力墙由钢筋混凝土墙体构成，它的产生是建筑结构的一种革新，用钢筋混凝土墙体代替最初起承重作用的梁柱来承担荷载以及荷载自身产生的力。剪力墙结构在高层建筑中应用的十分广泛，发展至今已经成为一种十分常见的结构体系。

剪力墙结构的优点：剪力墙结构具有较好的稳定性和整体性，能够提高建筑物的承载能力；侧向刚度较大，对建筑物水平方向的荷载有较好的限制作用，适合高层建筑；无外露梁柱和构件，不会影响建筑内部空间美观和功能的分布。

剪力墙结构的缺点：剪力墙虽然稳定性好，承载力佳，但对建筑的类别限制较大，因其承重原理是靠墙体和楼板形成的受力系统，且一旦建成就不易拆除，在空间上更是宜小不宜大，所以对于住宅和宾馆等空间间隔不大的居住类建筑，比较适用剪力墙结构；除此之外，剪力墙对钢材的消耗也较大，在经济性上不具备优势。

总的来说，剪力墙结构整体性好，水平荷载作用下侧向变形小，刚度好，但空间布局不够灵活。

1.2 剪力墙种类

许多剪力墙为满足功能和使用要求，要在墙体上设置洞口，这就会影响到剪力墙的承载力，因此，剪力墙结构以此为分类依据，主要有：

1)实体墙。

当剪力墙上没有洞口或所开的洞口在墙体面积15%的范围内时，对该墙体的荷载承受能力影响较小，仍具有较好的稳定性，不会有异常情况发生，属于实体墙。

2)小开口整体剪力墙。

当剪力墙上所开的洞口面积超过整面墙体面积的15%时，从受力图中能看出本应在洞口处呈直线状的正应力已经变成在洞口两侧，此种情形虽然不会使剪力墙产生异常情况，但是在连梁处有反弯现象。

3)联肢剪力墙。

在传统课堂教学中，大部分老师习惯于将理论知识采取灌输的“填鸭式”教学方法传授与学生，而并不关注学生是否真正理解了理论内涵以及能否将所学理论运用于实践中。而”会计学基础”其课程性质较为特殊，一方面要求学生掌握基本的理论原理，而另一方面则更加看重学生对经济业务的处理能力。因此，传统的“填鸭式”教学方法无法满足本课程的教学要求。采用案例教学法的关键之一就是打破传统课堂教学模式，将“填鸭式”教育转为“分析型”、“互动型”教育。利用大量丰富精彩的案例，引起学生的学习兴趣，启发学生对问题的深度思考，在此基础上，实现对理论知识的掌握与应用。

剪力墙上的洞口开的过大，或者过多以至于墙体的整体性已经被破坏，此时墙体截面的正应力分布不再是规律的直线，连梁将比它自身承受荷载能力大得多的墙肢联系起来，形成墙肢剪力墙，其中仅一列连梁连接两个墙肢的称为双肢剪力墙，一列连梁连接墙肢的称为多肢剪力墙。

4)壁式框架。

剪力墙上洞口开得过大，剪力墙截面整体性将受到破坏，除梁柱的交接处不产生变形外，剪力墙此时已接近于框架的内力分布，成为剪力墙与框架之间的一种过渡，即壁式框架。

2 剪力墙结构设计原则

剪力墙既是建筑分隔墙的一部分，又是结构墙体的一部分，因此对剪力墙的布置必须同时满足建筑方案的设计要求起到分隔空间的作用，又要满足适合结构布置的合理位置与结构布置的要求。

为了更好的使剪力墙结构在建筑中发挥受力性能，最大化利用剪力墙的刚度和抗震性能，在建筑结构设计的过程中和实践项目的总结中，提出以下几点原则。

2.1 剪力墙位置选取原则

剪力墙的位置选取，要遵循对称、均匀、分散的原则沿着建筑纵向及横向布置，还应布置在房屋的端部以及形状变化多的地方，恒荷载大、处于端部楼电梯处应减少剪力墙的布置；剪力墙在平面布置中尽可能对称，若无法满足，则尽量让质量中心与刚度中心接近；剪力墙上设置洞口时，其位置应尽量位于截面的中部，避免位于柱子处和墙端。

2.2 剪力墙间距和厚度确定原则

剪力墙的间距和厚度布置原则：剪力墙的最大间距应控制在一定范围内，在确保屋盖侧向刚度的情况下，使水平荷载作用下楼盖平面内的弯矩变形得以避免；剪力墙的厚度取值原则包括通过周期比、位移比和最大层间位移等各项指标确定剪力墙厚度原则；不同抗震等级下的轴压比控制混凝土厚度原则；满足稳定性和构造性要求的原则；剪力墙厚度选取还应满足《高层建筑规范》中的相应要求。

2.3 剪力墙的墙肢长度确定原则

剪力墙的墙肢长度应按具体项目而定，但大多不宜超过8 m，避免配筋拉断的可能性，且也不宜过短。剪力墙墙肢长度的确定一般是厚度的8倍多一点，且剪力墙整体长度应在4 m以内。当需要将墙体设计为较长的长度时，可以通过在墙体上开洞的方法将墙体的高宽比值控制在2以上，且确保开洞均匀、尺寸不宜过大，采用弱连梁，避免剪力墙的剪切破坏。

2.4 剪力墙的数量设置原则

剪力墙数量的设置需要适度，并不是数量越多，性能越好，反而有时布置的数量的增多会使结构自身所承受的地震力加大，消耗建筑材料等。因此剪力墙的数量布置原则是在满足建筑侧向变形的限值情况下，尽量少的布置剪力墙，以此减轻结构自身的重量，避免剪力墙数量过多反而承载力不好的现象。

2.5 梁板布置原则

通常情况下，高层住宅的荷载较小，因此用钢量主要由楼板的厚度决定，为了使用钢量尽量降低，楼板的厚度在满足必须的板内设备穿管所需厚度、满足挠度和裂缝的情况下，尽量取低值。梁的布置，尽量设计为简单清晰的传力途径，避免次梁过多、传力途径过于复杂的情况。

3 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

3.1 约束边缘构件

在建筑结构设计中，约束剪力墙边缘构件对其进行处理可以使剪力墙在相同条件下发挥更大的作用。由约束边缘构件和无约束边缘构件这两种方式构成了剪力墙的约束边缘构件处理，各有优缺点，综合比较看来无约束边缘构件在建筑承载力上有更好的表现，而有约束边缘构件则在抗震性和稳定性上优于无约束边缘构件，所以应按具体项目具体需要进行选择。

3.2 控制墙体配筋中的应用

剪力墙结构有耗钢量大的特性，而且在我国，这种建筑结构在工程建设中应用较广，控制住配筋量可以在资源和经济上都有很好的节约作用。在具体控制方法上，比较常见的是满足规范配筋最小值的前提下，将水平钢筋外侧、竖向钢筋内侧布置。迎水面保护层在采用双向钢筋网片时，可以很大程度上减少配筋量，其厚度可降为30 mm。

3.3 短肢剪力墙的应用

短肢剪力墙在《高规》中有明确规定：指截面厚度不大于300 mm、各肢横截面的高度与厚度之比应在4和8之间的剪力墙。短肢剪力墙的应用越来越广泛，与长肢剪力墙相比，它的肢厚比更小，这种改进对于住宅建筑来说，更有利于空间的排布，室内的布局及二次设计中受到的结构限制也大大减小。

虽然短肢剪力墙在灵活性和自由度上较长肢剪力墙更具优越性，但是同长肢剪力墙相比，短肢剪力墙仍存在许多待解决和待提高的问题，比如它会使整个建筑结构的受力能力和承载力降低。虽然有过关于短肢剪力墙对结构受力性能影响大小的测试，其结果表明短肢剪力墙对结构受力的影响性较小，但在高层建筑的结构中仍不应选用全部为短肢剪力墙的布置形式。当建筑结构布置中，短肢剪力墙的数量较多时，应布置成筒体或者是一般剪力墙，通过这种方法使短肢剪力墙与筒体或一般剪力墙形成整体，一同抵抗水平力作用的剪力墙结构。

4 结语

随着科技和综合国力的提高，高层建筑的发展也越来越快，这种情形下，剪力墙的应用则更加具有普遍性，如何能提高剪力墙结构的优越性，完善剪力墙结构在建筑结构体系中的应用已经成为当下及将来研究与解决的问题，具有重要性和必要性，我们不仅要在设计中不断的思考和创新，更要吸取和借鉴国外关于剪力墙结构设计的先进理念与项目实践，使我国的建筑工程设计水平有所提高。

[1] 付艳强.论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].科技风,2014(1)：56-57.

[2] 吕瑞孝,姜剑虹.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].科技信息,2011(19)：98-99.

[3] 胡景云.论剪力墙结构优化设计[J].建材世界,2011,32(2)：7-8.

Discussion on the application of shear wall structure in building structure design

Wang Junfei

(ShanxiHongshaConstructionEngineeringLimitedCompany,Yangquan045000,China)

This paper elaborated the definition, characteristics, types and its arrangement ways of shear wall structure, from the shear wall location selection, wall limb length determination, beam slab layout and other aspects summarized the principles and design key points of shear wall design should follow, and analyzed the specific application of shear wall structure in building structure design, helpful to improve our construction engineering design level.

shear wall, design principle, building structure

1009-6825(2016)05-0066-02

2015-12-04

王俊飞(1987- )，男，助理工程师

TU398.2

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