阐述剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

万泉

摘要：在建筑工程的建设中，对剪力墙结构的合理设计，一方面能减少施工的成本，另一方面还能提高建筑的抗震能力。在实际应用中要注意提高结构的刚度，建筑的外形要简洁美观。同时针对具体的情况进行具体的分析，结合实际的施工方法采取最合适的建筑技巧，保证剪力墙的抗震效果最大化的发挥出来，保证现代建筑的质量与安全。

关键词：建筑；剪力墙；结构；设计

1.剪力墙结构的基本定义

剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，在高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构；剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计下限规范没有规定，用户可以灵活掌握如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。

2.剪力墙结构设计的基本样式

2.1壁式框架，主要是指在联肢墙中，洞口相对较大，使得墙肢的刚度明显减弱，而连梁的刚度则相对较强，剪力墙的受力特性接近于框架。与框架结构梁柱相比，剪力墙的厚度较小。框剪结构建筑中，壁式框架剪力墙可以单独设置，也可以利用楼梯间、电梯井及管道井等墙体，在各类房屋建筑中得到了广泛的应用。

2.2整体剪力墙，主要是指没有门窗洞口或者只有少量很小洞口的剪力墙，在此类剪力墙设计中可以忽略洞口的存在。如果各处门窗洞口的面积总和小于剪力墙侧面积的15%，洞口间净距、孔洞与墙边之间的净距大于洞口长边尺寸，即属于整体剪力墙，其主要用于支撑建筑的主体结构，是现代建筑结构工程的重要组成部分。

2.3联肢墙，主要是指在剪力墙上开有一列或者多列洞口，洞口的尺寸相对较大，而剪力墙的总体受力相当于通过洞口各连梁组成的一系列墙肢。联肢墙是由多组连梁连接起来的特殊形式剪力墙，但是由于一般连梁的刚度小于墙肢的刚度，所以，墙肢单独的作用也就显得尤为重要。

3.剪力墙结构设计计算的原则

剪力墙的设计过程中，不能采取盲目的手段，应该根据设计规范具体考察结构的设计是否具有合理性。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。

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，在建筑过程中可以考虑少布置剪力墙，但是这个前提是必须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不能超过40%。可以采取大开间剪力墙，使其结构具有更好的侧向刚度，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的造价。

3.2楼层层间最大位移与层高之比的調整原则

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。剪切变形的控制多以竖向构件的多少来衡量，但是如果竖向构件数量很多，就会造成剪重比偏大，导致设计不合理，造成扭转变形过大，同样不能有效满足楼层间位移的需要。所以，在建筑物中应尽量减少扭转变形，而不能单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的限度的情况，所以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的连梁则最好按照框架梁来进行设计，而跨高比在5～6之时，在连梁刚度不折减的情况下就会出现剪力或者弯矩超出规范限值。所以在剪力墙结构设计中应充分利用连梁超限的调整原则，这将大大节省工程造价，能够有效促进工程投资的节约。

4.剪力墙结构在建筑结构设计中的主要应用

剪力墙结构由于具备了很多的优点被广泛的运用到现代建筑结构设计中，尤其是一些大型高层建筑结构中应用的尤为明显。下面文章主要就剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行描述和分析。

4.1剪力墙肢种类和具体结构设置

剪力墙墙肢的分类主要是根据墙肢厚度和高度比来划分的，主要有两类：短肢剪力墙和一般剪力墙。如果剪力墙高度超过其厚度的7倍时，就是一般剪力墙，如果剪力墙高厚比值在5-8之间时，就是短肢剪力墙。此外，剪力墙还可以根据其墙面开口大小的状况来分为整面剪力墙、整体小开口剪力墙、连肢剪力墙以及壁式框架等这几种。

一些高层建筑大多爱用剪力墙结构，尤其是那些建筑都需要较大的空间工作能力，因此，其剪力墙结构的设置就需要设计成双向的，从而形成新的开工建设结构，在抗震区域的建筑物中的剪力墙结构就更要如此设计了。此外，对于剪力墙双向的墙体刚度最好要接近，其墙面受力要均匀，也要采取一定的措施来调整剪力墙的刚心，确保剪力墙的稳定性以承载性。另外，如果剪力墙出现平面外弯的现象，就要改变其结构设计或者添加装置来缓解这种现象，进而确保梁端安全。

4.2剪力墙结构长、厚度及配筋

根据上面所说的剪力墙结构设计原则，剪力墙结构的厚度及配筋也有相关的规定和标准。根据建筑抗震相关资料的要求规定，剪力墙结构的厚度和长度也要根据抗震等级系数来调整。据相关规定，为了保证剪力墙结构的稳定性、抗震性以及钢性，剪力墙结构厚度的最小值为200mm，而且其高厚比要小于1/6。也就是说，居住建筑物的剪力墙结构厚度一般要小于200mm，其高厚比也要符合要求。如果一些高层建筑物的剪力墙结构厚度和长度出现比值不均，在不满足条件的情况下，就要采取L、T形截面剪力墙代替一字形剪力墙，并增加其翼缘长度或者采取其他方式，使得剪力墙结构满足其设计构造原则和要求。对于一般剪力墙结构中的水平和垂直风险上的配筋比值而言都要大于1/400，部分剪力墙底部加强部位的配筋比值也要大于3/1000，其他特殊情况下的剪力墙结构的配筋比也要根据实际情况来调整。

4.3剪力墙边缘结构

根据以往剪力墙结构试验结果，剪力墙结构的边缘约束性截面剪力墙比无约束性的截面剪力墙的极限承载力要大2/5还要多，而其抗震消耗能量也多有1/5，且墙面的稳定性也要好很多。因此，对于剪力墙的边缘结构而言，就要根据其设计使用效果和相关承载力的规定来决定其墙体边缘是设置约束性边缘结构还是非约束性边缘结构。

4.4剪力墙连梁结构设计

剪力墙肢之间相连接的梁体就是剪力墙的连梁，而剪力墙的连梁装置能够均衡墙肢的水平负荷力，并能够对剪力墙肢起到一定的约束和稳定的作用，因此，剪力墙之间的连梁装置对剪力墙的整体结构有着非常重要的作用。对于剪力墙的连梁结构来说，其结构的高度和截面大小受到很多因素的影响，一旦设计出现失误，或者不合理的地方，就会影响整个剪力墙的结构设计。因此，在设计剪力墙连梁结构时，其设计师要主要对剪力墙的连梁结构的刚度按照相关规定进行一定的折减，对于剪力墙连梁结构的跨度要略加，对于高度要略减，从而减少结构刚度，缓解地震作用力的影响。此外，设计师也要适当增加剪力墙结构厚度，进而增加连梁截面的宽度，使得剪力墙连梁结构装置能够发挥其最大的优势和特点，保证其承载力和抗震力度。

5.结语

为了保证高层建筑的质量，减少施工的成本，剪力墙的应用势在必行。设计师要结合剪力墙的特点，为大型的高层建筑提供必要的技术支持。在建筑业的发展中，剪力墙的应用的设计过程存在一些弊端，不利于它的发展。我们应该采取先进的科学技术和设计软件来进行建筑结构设计的研究，策划合理的方案，设计好剪力墙布置中洞口的位置并发挥受力作用、考虑抗底竖向负荷、保证结构的刚度和承载能力。

参考文献：

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[2]于群小高层住宅中短艘剪力墙结构的设计应用[J].中国科技信息.2005（19）.