建筑结构设计中剪力墙结构研究

赵晖来

【摘要】随着我国社会主义经济的不断飞速发展和现代人类财产生活物质水平的不断提高，建筑设计结构工程师为了充分满足现代人们对各种建筑工程结构的新技术要求，剪力墙工程结构设计作为一种常见的新型建筑工程结构设计形式，广泛应用于各类建筑工程结构施工中，保证了建筑工程结构的实用性、安全性和耐久性。

【关键词】剪力墙结构;建筑结构;应用研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.036

剪力墙提高了各类建筑的抗震性能，对保护建筑主体结构的安全和保证施工具有重要作用。本文主要着重分析探讨我国目前的建筑剪力墙结构建筑主体结构在我国建筑主体结构设计过程中的实际应用，可以使其更好地满足我国建筑结构强度需求及建筑抗震性能需求等。

1、剪力墙结构的概念

采用单层钢筋混凝土板结构来代替我国传统的建筑框架结构中的梁柱，以此充分承受水平竖向和垂直水平两个方向的各类建筑荷载，使其充分发挥最大化的建筑使用性能。一般采用剪力墙作为结构的墙体建设工程规模较大，并具有能够精确控制结构的垂直水平的应力，与墙体柱子的横向受力平衡程度非常相似，采用优质钢筋混凝土板材，来承受墙体竖向和垂直水平的应力的墙体结构称为剪力墙，是现代建筑墙体结构中常见的一种结构剪力体系。剪力墙对于结构的内部组织整体形状通常相似于建筑板状，承担着各种建筑荷载运动引起的巨大内力，可实际使用厚度较小，决定了建筑剪力墙对于结构的具体组织形状以及负荷承受能力的影响大小。剪力墙墙体结构主要用途是指用于竖向的单层钢筋混凝土剪力墙板，承受来自横向垂直水平方向和来自水平垂直方向的剪应力的墙体结构，从而有效地控制了在建筑墙体结构中所产生的力和水平方向力，具有良好的耐压抗震性，因此得到了较为广泛的技术应用。

2、剪力墙结构的分类

2.1实体墙

所谓开洞实体墙，一般是指面积不超过整面墙开洞面积15%的墙-剪力墙，以及墙开洞与墙边缘的净距离，而在地形情况下，墙洞口与墙边缘的净距离远大于洞口边长，完全可以忽略墙洞口对整个墙体的美学影响。这种新型剪力墙的横向变形主要是弯曲墙的形式，截面正反力仍符合平面墙截面力的假定，在剪力墙肢上的高度倾斜方向上既不会因此出现任何突变，也不会因此出现任何反应力弯点。不开洞实体墙，是指无开口实心墙或小开口剪力墙，其受力状态类似竖向悬臂构件。当剪力墙高宽比较大时，正应力呈线性分布。

2.2多肢剪力墙

所谓多肢连梁剪力墙，一般是指当剪力墙沿同一竖向连梁有一根或多根连梁大开孔柱时，由于柱的大开孔，剪力墙连梁截面的完整性受到严重破坏，剪力墙连梁截面的整体变形，不再属于与墙平面一致的截面变形假定，而支撑墙肢的剪力线刚度，剪力线的整体刚度远大于同排两孔连梁的整体刚度。这时，连梁剪力墙由一系列受约束的主墙肢组成。[1]

2.3壁式框架剪力墙

所谓剪力墙型连梁框架设计，一般是指只有当剪力墙有一排多列连梁洞口时，且每个洞口的连梁尺寸较大，特别是当每个洞口上连梁的角刚度远远大于或非常接近连梁线刚度的边梁和墙肢的每个洞口都非常接近墙框，因此框架设计应按“墙框”格式进行，并有刚度区。此时，在一定水平剪切荷载力的作用下，其柱的弯矩变形图不在大型楼层结构处不会有横向突变，而且在大多数的大型楼层结构中都可能出现水平反弯点，整个结构框架的弯矩变形，以水平剪切面和变型变形为主。

3、剪力墙结构的设计原则

3.1合理控制剪力墙高度和宽度比

当应力比过小时，可根据剪力柱结构的要求高度进行设计，柱形受力显著的结构倾向于剪力柱结构。由于竖向剪力墙与其他柱剪力墙结构的区别主要在于肢长和肢厚的不同，另外还要增加楼层竖向剪力构件的运动刚度，同时调整不同楼层间的侧向位移，避免由于剪力墙和横向平面上的外梁互相连接而致使剪力墙肢外彎，沿着横向平面外梁作用在墙上，承担楼层相应的横向水平扭转应力，就这样形成了显著的横向扭转应力变形和剪切应力变形等几何结构特征。如果高层竖向扭转构件变形数量很多，不能有效率地满足不同楼层间横向位移的设计需要，在高层建筑物中设计应尽量减少横向扭转时的变形。

3.2墙体整体结构作用力

计算纵向剪力墙的墙体宽度，按照斜面和截面宽度受力时，剪力墙承载力大小，进行宽度分析和测量验算。这种墙体设计计算形式，还具有一个必要的设计前提条件，墙体结构所受外部负荷力的作用比较集中且大，取决于剪力墙与水平墙体内部整体支撑结构之间的最小连接距离，通常都可以是剪力墙肢总建筑高度的1/10，计算正向横截面墙体承载力和计算水平墙体扩展力。为了有效防止各种安全隐患的同时发生，使其发展成为一种双肢移动剪力墙，减轻整个建筑楼层结构的自身移动重量，提高整个建筑楼层结构的移动强度，这样就可以使得双肢剪力墙和整个建筑结构之间，能够形成安全的移动抗震应力体系，充分保证建筑楼层结构剪力抗震系数的稳定安全性。

4、剪力墙的设计重点

4.1控制剪力墙的数量

剪力墙板的墙体框架结构主要特点是在墙体上的侧向性和倾斜性高刚度大，整体性好，用优质不锈铁型钢承载的重量大且可节省等。但它的最大缺点也就是自重大，如果使用剪力墙，在建筑布置时的剪力墙数目过多，会直接使得整体结构建筑中的结构设计，吸收更多的墙体自然地震和机械应力，甚至可能会导致剪力墙体中的含钢量等多项相关整体建筑结构设计不合理，导致整个建筑结构设计过程变得更加复杂和不安全。如果局部大型剪力墙的布置过于复杂，不宜集中修剪，容易导致剪力过大、扭转不规则等不利后果。因此，在进行建筑墙体整体设计时，首先要严格遵循使剪力墙和结构的整体材料利用达到合理刚度的基本原则，且刚度值不宜过大或过小，争取以最少的建筑材料，利用剪力墙体物进行整体布置，获得最大的建筑整体布墙结构物的利用经济效益。

4.2剪力墙的平面布置

由于在剪力墙建筑结构中，全部水平竖向受力荷载和全部水平承受力都必须是由建筑钢筋混凝土剪力墙来直接承受的，因此建筑剪力墙结构应该沿着建筑平面主要支撑轴线的不同方向排列进行合理布置。其次，在整个剪力墙的整体平面布置中，为了能够使剪力墙的质量控制中心与其他高刚度墙的中心质量保持一致，对于左右对称结构，剪力墙对称布置更有利于减小刚性与形心的偏心不利影响，这样就可以同时起到大大降低控制剪力墙运动扭矩的重要作用。[2]

5、建筑结构设计中剪力墙的应用

建筑结构设计中剪力墙的应用更多的是结构的抗侧力构件，从结构上讲剪力墙的应用是提高建筑水平抗侧力能力，提高抗震性能，从建筑上讲，如何合理的利用剪力墙划分建筑功能。剪力墙在建筑施工的使用过程中，由于墙体结构本身容易呈现出弯曲或者破坏墙的形式。通常这种情况下，剪力墙在建筑设计过程中，极容易形成高层框架结构的建筑剪力墙，对剪力墙的抗剪承载力有一定的要求，对于建筑结构的抗剪承载力起着重要的支撑和保护作用。在建筑设计师的工作中，结构墙体的施工和装饰设计往往需要使其具有相应的墙体延伸结构特点。满足其结构承载力的最高要求是将整个剪力墙结构在此基础上，划分成均匀独立的小块，这对于不断提高其结构完整性具有重要意义，在剪力墙及其工作环境中承载力的强度，具有相对稳定的作用。对于高层剪力墙，也可以在剪力墙内部结构的整层集合中间，进行整层和中间隔墙的设计。

结语：

剪力墙广泛应用于各种建筑的结构设计中，它能够有效提高各种建筑结构整体墙在结构中的刚度以及建筑抗震动的性能。借助建筑剪力墙的科学结构，帮助建筑设计提出科学安全的建筑剪力墙结构类型，使建筑剪力墙的科学结构分析作用得到充分发挥。

参考文献：

[1]肖辉.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用研究[J].智能城市，2018，v.4（11） ：45-46

[2]苏长春.建筑结构设计中剪力墙结构设计的使用研究[J].房地产导刊，2017（23）：34-34