试论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

宋杨

摘 要：近年来，随着我国经济建设的不断发展及人们生活水平的不断提高，城市人口的数量急剧增加，而面对越来越紧缺的城市土地资源，城市高层住宅的修建在一定程度上解决了人们居住的问题。在高层住宅修建中，由于剪力墙具有较高的抗震及抗风性能而被广泛的应用。本文就剪力墙结构设计方面的问题进行了分析，并对其在建筑结构设计中的应用进行了说明，为后期建筑施工提供参考。

关键词：建筑结构设计；剪力墙设计；应用

前言

剪力墙本身因具有整体性强、用钢量少和结构刚度大等特点，所以在居住性建筑设计中广为应用。特别是在居室和客房中采用现浇剪力墙结构，不但能使隔离墙和承重墙合二为一，还能使得小开间中的分隔墙尽量减少，大大提高了经济效益。除此之外，剪力墙结构相比较于框架结构，应用更为广泛，主要原因在于它还具有简洁、不露梁和露柱等优势，使建筑外观美，而且内设空间更大，提高空间使用率。当然，还可以通过合理设计成延性剪力墙的方式来提升其抗震性能，该种剪力墙在震区或非震区均可应用。

1、剪力墙结构的基本定义及分类

1.1 剪力墙结构的定义及特点

随着我国高层建筑的不断发展，剪力墙作为高层施工常见的结构墙体，由于其较好的抗震及抗风效果备受人们的关注。通常，剪力墙主要是指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的结构称为剪力墙结构，目前这种结构在高层房屋中被大量运用。通常，剪力墙在建筑设计中的主要作用是承担竖向荷载及抵抗水平荷载，防止建筑结构出现倾斜、倒塌等。一般剪力墙与楼板一起组成受力体系完成对整个建筑的支撑，但其缺点是剪力墙不能进行任意拆除或破坏，由于受到其设计空间的限制，不利于房屋空间的自由组合，因此对于住户来讲，装修过程中必须根据其剪力墙的设计结构来设计装修，无法对室内布局进行自由改造。但，目前短肢剪力墙结构的应用使得住户在一定范围内可自由改变室内布局，增加了住宅设计的灵活性； 最后，由于其剪力墙的作用决定了其剪力在楼体下部最大，墙体质量要求较高。

1.2 剪力墙结构的分类分析

当前，我国常用的剪力墙结构有很多，通常按其剪力墙结构在设计中是否预留洞口及开洞大小可分为实体墙、整体小开口剪力墙、多肢剪力墙以及壁式框架剪力墙结构。上述几种类型，除实体墙不在墙体上开洞外，其余三种类型的剪力墙均需在墙体上预留洞口。由于实体墙为在其墙体表面开孔，所以其不会产生反弯，能够承受较大荷载。整体小开口剪力墙是开洞面积占剪力墙整体面积的比例一般大于15%，虽然同实体墙一样不会产生反弯，但存在发生突变的可能。多肢剪力墙主要指墙体开洞面积很大或者开洞成列状分布； 而壁式框架剪力墙主要指墙体开洞面积较大而且与框架结构有一定相似性，会有一定出现反弯点的几率。

2、剪力墙结构的设计原则

建筑中剪力墙的数量不宜过多，设计者要保证剪力墙的第一振型部分承受的地震倾覆力矩不能高于剪力墙总体承受的地震倾覆力矩的五分之二，同时，为了充分利用剪力墙的承载力和刚度，还应对剪力墙进行大开间处理，这不仅可以提高建筑物的抗震能力，还可以大大减少建筑成本。为了降低建筑的扭转效应，设计者最好遵循分散、均匀、对称的原则，以保证刚度中心与结构质量中心接近，在周边布置刚度或周边布置剪力墙很大的抗侧力构件时，应该适当的提高结构抗扭刚度。另外，剪力墙洞口连梁不仅可以对剪力墙侧向刚度起到调节的作用，而且还是抗震剪力墙的第一道防线，可以对地震能量进行有效的消耗。连梁的剪力墙具有一定的刚度、强度和良好变形性能，当遇到地震时，大部分在墙肢屈服前连梁先屈服，从而出现塑性变形，对地震能量进行有效的耗散，从而避免了对主体结构构件的损坏。

3、剪力墙结构设计中容易出现的问题

剪力墙结构设计中侧向刚度不要太大，如采用全剪力墙结构（即除了门窗洞外均为剪力墙，且无后砌填充墙），它的侧向刚度会过大，其地震作用也会随之增加，经济性和合理性显然不足。按照底层剪力墙厚度的设计要求：抗震设计中，筒体和一般的剪力墙所承受的第一振型底部的地震倾覆力矩不能小于总底部地震的倾覆力矩的一半。在结构设计时，很多设计人员选择把短的墙段画成约束边缘构件或构造边缘构件，还把计算中用到的纵向钢筋均勻的配置在墙段内，使墙肢及轴附近钢筋难以发挥效用，这种做法显然很不妥。为改善该现象，纵向钢筋应向着墙肢端部集中，该做法可打印出剪力墙边缘构件配筋的计算结果，帮助完成复核工作。

此外，抗震墙的的截面高度与厚度之比不大于3 时，设计时应按框架柱进行截面设计，箍筋应以框架柱要求来加密，SATWE等的程序在计算中也应合规。

4、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

4.1按设计要求做好建筑施工中的剪力墙定位工作

通常对剪力墙进行结构设计时，设计单位应对其剪力墙的位置进行合理的规划与布局，确保剪力墙结构的设置可有效起到对整个建筑物支撑、抗风及抗震的需求。施工过程应按设计要求准确合理定位并施工是保证剪力墙结构受力不发生扭曲的主要原因。通常施工企业在对建筑物施工中首先要保证剪力墙结构位置准确性，保证剪力墙刚度并使其受力中心与保持一致，减少剪力墙扭矩弯曲作用力，有利于剪力墙结构的整体实现。

4.2 剪力墙在结构布置中应遵循双向布置原则

剪力墙平面布置是提高剪力墙结构性能的重要因素，同时保持剪力墙结构的匀称性也可有效防止不均衡而产生的作用力，以至于影响其刚度的形成。而在设计过程中根据剪力墙结构及建筑主体结构实际情况对剪力墙进行双向布置，可一定程度上保持剪力墙的结构强度，使其能够形成一个统一整体，从而保证剪力墙的结构优势能够被充分的利用。

4.3 剪力墙设计过程应根据建筑层高及主要承重合理设计截面厚度

通常建筑楼层的高度、建筑主要的承重情况以及建筑主体结构均会对剪力墙的主要承重情况产生主要的影响。因此，在对剪力墙进行结构设计时应按其主要承重及其他方面的要求选择合理的厚度； 同时应正确认识其剪力墙结构厚度与施工成本的关系，如剪力墙厚度小可能会影响剪力墙的安全性，按其施工成本较小。所以，在实际剪力墙进行设计过程中应按照相关的标准对其厚度进行设计，在满足其使用要求的情况下保证施工成本的最小。

4.4 剪力墙设计中钢筋的配置问题

通常在剪力墙设计及施工中，以钢筋混凝土结构为主的剪力墙结构体系是保证其结构强度最主要的构件，由于钢筋混凝土为主的剪力墙结构体系可在保证其结构强度的同时，有效的提高墙体的抗拉性能，易于其结构强度的形成。因此，在剪力墙结构设计中，设计人员应对剪力墙连续梁结构的性能及受力体系进行严格的分析与设计，确保剪力墙结构稳定性，防止由于钢筋质量问题引发的施工安全隐患。

结束语

综上所述，随着我国经济建设的加快及人们生活水平的提高，高层建筑的施工是为解决目前城市人口日益增多而土体不足的主要途径。但高层建筑施工质量问题一直是影响建筑使用寿命的关键。剪力墙承担着建筑的整体承重以及抗击各项载荷的作用，对保持建筑工程的整体质量及安全稳定具有重要的作用。因此，在建筑工程项目设计施工中应加强其建筑主体剪力墙的结构设计，促进其在建筑结构设计中的应用，保证建筑工程的整体质量。

参考文献

[1]宋朋金.周华.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J]. 建材发展导向.2013 （07）.