分析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

赵雄飞

【摘要】剪力墙结构能提供较大的抗侧向刚度，剪力墙结构体系抵抗地震的能力较强，同时剪力墙结构能承受的较大的荷载值，故剪力墙结构在我国的建筑行业非常常见，高层结构中更是普遍采用剪力墙结构。为保障结构的安全性，剪力墙结构的设计尤为重要，本文对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的一系列问题进行了简单探讨，简要叙述了剪力墙结构的定义、分类、特点等，分析了剪力墙结构设计的设计原则，阐述了剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用。本文旨在透过探讨使读者对剪力墙结构有所了解。

【关键词】剪力墙；结构设计；应用

1、引言

近年来，国民经济快速发展，人们生活水平日益提高，城市聚集了大量的人口，房屋需求量也持续走高，在这样一个情形下，建设单位大量兴建高层建筑物。剪力墻结构由于自身刚度大，抗震性能好，承载能力大，所以在高层建筑物中经常采用。但是在剪力墙结构设计中，剪力墙的布置位置，剪力墙肢选择都存在较多问题，目前在设计中不可避免的存在一些难点，下面就剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行简要探讨，力求找到一些解决剪力墙设计中难点的方法。

2、剪力墙的概述

剪力墙结构是建筑设计中非常常见的一种结构形式，这种结构形式能更好的提高房屋的稳定性能，通过钢筋和混凝土两种材料的完美配合也增加了建筑屋的承载能力。总体来说，剪力墙结构是一种合理的结构形式。

2.1剪力墙结构的定义

建筑中传统的房屋采用的框架结构比较多，框架结构的主要承重构件为梁、板、柱，墙体是后砌筑形成，多采用一些轻质材料，如加气混凝土砌块、AAC砌块等。由于框架结构的竖向称重构件只有柱子，故其侧向刚度较弱。与此同时，为加强侧向刚度，剪力墙结构应运而生。剪力墙结构是采用钢筋混凝土材料的剪力墙来承受施工和使用期间的竖向荷载及水平荷载，并且在剪力墙结构中还包含了连梁，这样剪力墙、连梁、普通梁组成一个承重系统。剪力墙和连梁不止能承担水平构件传递而来的竖向荷载，并且可以抵抗由于风荷载和水平地震荷载等产生的水平向荷载，只因其侧向刚度较大。因为高层的水平剪力值主要是地震作用产生的，所以剪力墙又被称为抗震墙。

2.2剪力墙结构的分类

根据剪力墙是否开洞，以及洞口大小尺寸不同的原则，将剪力墙分为实体墙、整体上小开口剪力墙、多肢剪力墙、壁式框架剪力墙四中类型。

2.2.1实体墙

没有门窗洞口或只有少量很小的洞口时，可以忽略洞口的存在，这种剪力墙即称为整体剪力墙，简称整体墙。

当门窗洞口的面积之和不超过剪力墙侧面积的15%，且洞口间净距及孔洞至墙边的净距大于洞口长边尺寸时，即为整体墙。

2.2.2整体上小开口剪力墙

门窗洞口尺寸比整体墙要大一些，此时墙肢中已出现局部弯矩，这种墙称为小开口整体墙。

2.2.3多肢剪力墙

剪力墙上开有一列或多列洞口，且洞口尺寸相对较大，此时剪力墙的受力相当于通过洞口之间的连梁连在一起的一系列墙肢，故称多肢剪力墙。

2.2.4壁式框架剪力墙

在连肢墙中，如果洞口开的再大一些，使得墙肢刚度较弱、连梁刚度相对较强时，剪力墙的受力特性已接近框架。由于剪力墙的厚度较框架结构梁柱的宽度要小一些，故称壁式框架剪力墙。

2.3剪力墙结构的特点

剪力墙在工程当中常被人们称为抗震墙、结构墙等。从中我们可以看出，剪力墙结构在实际的使用过程当中可以充当多种角色。因为剪力墙的侧向刚度比较大，地震发生时，竖向构件剪力墙可以抵抗水平地震荷载。风荷载作用在建筑物之上，随着建筑物高度的增加，风荷载使结构产生的侧向位移增加的会更快。剪力墙此时，是竖向构件，与风荷载相垂直，可以抵抗来自风荷载的作用。剪力墙结构体系中承重构件较多，剪力墙结构中所有构件可以作为建筑物的骨架抵抗外荷载。

3、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

3.1剪力墙数目

在剪力墙结构的设计过程当中，剪力墙主要用于承受风荷载和水平地震荷载等其他水平向荷载。在这种情况下剪力墙不是配置的越多越好，因为过多的剪力墻会加大结构的自重，使得设计不够经济。因为在进行时，应充分考虑抵抗荷载和地基承载能力的大小，综合得出剪力墙的数目，不要盲目的设置过多，力求同时提高建筑物的质量以及经济效益。

3.2剪力墙平面布置

剪力墙结构体系中，承重构件太多，假设剪力墙构件布置不均匀，则整个体系的刚度中心、质量中心和平面中心不一致，极有可能在受力时，外荷载使结构产生较大的扭转，降低了结构的承载能力。故剪力墙最好沿着主轴线的走向，双向布置，尤其在抗震的结构中，不要出现单向剪力墙的设计。剪力墙结构中的构件布置应均匀布置，所有构件尽量对称布置，平面采用较为规整的形状，减少扭转出现的可能性。

3.3剪力墙及连梁配筋

在高层的建筑物中，连梁是剪力墙结构中非常重要水平向承重构件，故连梁的设计是很重要的。连梁配筋合理一方面来说可有效提高自身的刚度和塑性，另外一方面来说可增加整体结构的抗震性能。在对连梁的设计中，应对连梁进行正截面和斜截面的承载力的计算，综合考虑配置钢筋，应确保连梁的受弯破坏优先与受剪破坏，从而保障结构的稳定性。在设计中应严格遵守国家规范，不得随意更改。

剪力墙身的配筋也是不可忽略的。控制剪力墙身的配筋有利于控制结构的安全性和工程的经济利益，这是处于宏观查看整个剪力墙结构中，剪力墙身的布置是最多的，其用筋量也是最大的。剪力墙身中有竖向钢筋和水平向钢筋，通常情况下，竖向钢筋位于剪力墙身的内侧，其外侧采用水平钢筋把所有竖向钢筋进行连接。不论是竖向钢筋还是水平向钢筋，都应满足最小配筋率的要求。两向钢筋在进行绑扎时，绑丝应采用八字形，不要出现顺一字形，避免出现建立墙身的整体侧移。

3.4剪力墙的优化设计

在进行剪力墙设计时，要注意对剪力墙结构的优化，对于剪力墙上的洞口或者门窗，要做到上下对齐，布置成列，这样才符合我国《混凝土结构设计规范》、《高层高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》等相关规定。在设计中严格禁止使用叠合的错墙洞，避免出现变形的现象，当剪力墙较长时，要将剪力墙均匀的分成几个墙面，并且要合理的开设洞口，墙体之间要采用连梁进行连接，并且要保证每个独立的墙肢的总高与截面高度之比大于2，以此防止剪力墙因剪力而破坏。在进行剪力墙结构设计中，设计人员还需要注意，不能在洞口之间形成小墙肢，假如不可避免的出现小墙肢，一定要根据实际情况，适当加密墙肢，用以保障剪力墙的质量达到要求。

4、剪力墙结构设计的原则

在建筑设计过程中，进行剪力墙的设计是非常复杂的过程，设计人员不应为了快速完成设计任务或其他目的就草草了事，这样极有可能在后续的施工过程里发现大量的错误，出若干个设计变更。设计人员在设计之处应对施工现场实地进行考察，以便设计出来的成果便于施工，便于机械划操作。在剪力墙设计时还需要遵循一些特定的原则，才能保障剪力墙设计和应用向着正确化，规范化，合理化发展。本节将对剪力墙设计中的原则进行探讨。

4.1建筑物之间进行调整减小剪力系数的原则

就目前建筑行业趋势来看，剪力墙结构一般應用于高层建筑物中，为保障地基的承载力满足要求，必须在满足结构承受所有外荷载的前提下，减小结构的自重。减小自重需多采用短肢剪力墙，并且需要短肢剪力墙承受的位于第一振型的底部抗倾覆力矩小于剪力墙结构体系所能承受的最大底部抗倾覆力矩的40%。设计人员经常对剪力墙进行大开间处理，用以提高剪力墙结构的侧向刚度。这样就可以保障建筑物楼层之间的最小剪力系数大于规范规定中的数值了，从而达到降低建筑物成本的目的，提高建造者经济效益。

4.2调整建筑物楼层与楼层之间最大位移和楼层高度之间的比例

高层建筑物由于楼层太多，楼层之间不可避免的会出现一定差异。常规高层建筑在设计时，设计人员会把重心放到楼层与楼层之间的剪切变形和扭转变形之上。而在处理建筑物剪切变形这一块的过程中，设计人员是以控制塑性构件的数量来控制剪切变形，但是塑性构件的数量是没有一个明确的规定，故假设此数量没有控制在理想范围内，就会引起剪力墙的剪重比过大，从而形成设计出来的剪力墙结构不合理，反而使楼层之间的扭转变形也增大。因此，在剪力墙结构设计中，应从根本上减少楼层之间的扭转变形量，不能只依赖于调整塑性竖向构件的數量，调整塑像构件的刚度来减小楼层之间的位移。

4.3调整剪力墙连梁超限的原则

针对于剪力墙结构中的连梁来说，连梁的跨高比必须大于2.5，用以防止出现剪力和弯矩超出规定限制的情况。对于跨高比大于或等于5的连梁，必须按照《钢筋混凝土结构设计》中的框架梁的标准来进行结构设计，不能采用对连梁的刚度冒然折减的方法。对于跨高比在5～6之间的连梁，此时不必按照《钢筋混凝土结构设计》中的框架梁的标准来进行结构设计，则采用对其刚度进行折减的方法进行调整，与跨高比大于2.5时，用以防止出现剪力和弯矩超出规定限制的情况一致。

总结：

剪力墙结构抗震性能好，用钢量相对较小，与其他结构体系能有效相结合，故在现在的建设中经常采用。采用合理的设计体系能提高剪力墙结构的安全性，提高工程质量，保障了购房者的合法权益。为此设计人员要不断对其设计进行改进，逐步完善设计方法，尽量采用新兴科学技术弥补设计的不足点，这样才能更好的带动建筑行业的发展。