建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用研究

肖 辉

株洲市规划设计院，湖南株洲 412000

随着经济和科学技术的不断发展，城市人口不断激增，城市用地不断紧张。高层建筑作为解决城市这一尖锐问题重要手段，得到了迅速发展。剪力墙结构，因其良好的抗震性能、优异的适应性，被越来越多的建筑设计使用。

1 剪力墙的特征分析

剪力墙的优点：其承载力较强，具有良好的刚度，能够承受风载荷，发生地震时，能够承担受地震作用而产生的水平载荷。

剪力墙的缺点：平面布置不灵活，剪切变形大。

2 剪力墙结构设计的概述

2.1 剪力墙结构设计的涵义

剪力墙结构设计是在进行建筑结构设计时，采用了钢筋混凝土墙板，来代替框架结构的梁柱设计，主要原因是地震作用和风荷载在垂直方向和水平方向两种力同时存在，会对建筑物造成一定的破坏，剪力墙结构的出现有效的承载了这两种力的作用，减少了对建筑物的破坏作用。

2.2 剪力墙结构设计的原则

（1）在尺寸设计上，剪力墙结构设计相对灵活。简单来讲，剪力墙是一面具备和柱一样的受力特性的墙面。剪力墙和柱最大的区别是，当其肢长与厚度的比值小于等于3时，可以按照柱设计；若是肢长与厚度的比值大于3，但是小于5，则需要按照双向受压构件设计。

（2）为了确保剪力墙结构连梁的刚度符合设计要求，其跨高比要大于2.5，若是高层建筑，则其跨高比要大于5。

（3）剪力墙结构设计要遵循整体衔接原则，同时根据抗震的刚度合理测算需要配置的剪力墙数量。

3 剪力墙结构布置原则（见图1）

图1 剪力墙平面布置实例

（1）为了充分发挥剪力墙的抗扭作用，在布置剪力墙时，应当均匀的分布在建筑物的周边。需要注意的是，为避免剪力墙受到外界环境因素的影响，应避免将剪力墙完全沿周边布置。在楼梯间或者电梯间，平面形状变化比较大，或者恒载比较大的地方，为保障剪力在楼盖和剪力墙之间良好的传递，设置剪力墙时，可参考图1。

（2）如果平面形状的平整度较低，凹凸较大时，为了加强建筑结构的稳定性，应将剪刀墙设置在凸出部分的端部。

（3）可以通过L形、T形等设计，提升剪力墙的承载能力，相邻剪力墙的布置如图2所示。

图2 相邻剪力墙的布置

（4）设计剪力墙结构时，最好的布置方法是：双向和多向布置。同时，应当保持同一轴向的剪力墙方向一致，这样才能发挥剪力墙最大的作用。

（5）剪力墙的刚度应尽量相同或者相近，如果剪力墙的长度较长，应设置洞口和连梁，形成多肢墙。

（6）由于剪力墙最重要的作用是承担地震的作用力。为了保持建筑整体结构在地震作用下的正常运行，相邻剪力墙之间的距离不宜过大，避免框架结构与剪力墙之间无法协同作用，承担较多的荷载，导致地震时整体建筑的稳定性和安全性较差。

（7）剪力墙上的洞口不宜开在端部或者靠近柱边的位置，应当布置在剪力墙截面的中部，面积小于整体墙面的1/6，洞口上下对齐，洞口间高度应大于层高的1/5。剪力墙的洞口布置vk图3所示。

图3 剪力墙的洞口布置

4 剪力墙结构应用设计优化

4.1 合理选择结构方案

如果建筑楼的楼层低于20层，可以选择短肢剪力墙进行承载设计，主要是因为以下两点：一方面相比较传统现浇剪力墙的结构方式，短肢剪力墙的重量更低，刚度也更小，在受到地震作用时，得到的地震反应也相对较少；另外一方面，承载能力更强，且造价成本更低，物美价廉。

如果建筑物的楼层高于20层，则可以选择传统的现浇剪力墙进行承载设计。主要是因为短肢剪力墙受到楼层高度的影响，剪力相关参数和结构顶点位移很难控制，无法精准的进行计算和测量，容易造成较大的偏差，带来不稳定因素，造成建筑物结构安全性能下降。

4.2 合理配置暗柱钢筋

提升剪力墙的抗震性能，可以采用具有消耗地震波作用的暗柱等边缘构件。通过合理配置暗柱等边缘构件，可以大大提升整个建筑结构的稳定性和安全性。

4.3 连梁设计

当建筑物中剪力墙比较长，或者开间不达时，开洞会造成连梁结构。如果出现以下情况，会导致连梁超筋。

（1）连梁自身跨度与其梁截面高度之比值（跨高比）较小；

（2）剪力墙面结构洞出现竖向中心线错位，不再同一条直线上的情况；

（3）连梁两端的剪力墙出现其墙肢过长的问题；（4）剪力墙的数量较少，且承受的水平力较大；针对以上情况，为了避免连梁超筋的情况出现，可以从以下几个方面进行设计改善：

（1）扩大连梁的高和宽，提升连梁的横截面积，从而达到提升抵抗剪力的目的。

（2）针对出现洞口竖向中心线错位的情况，应当加强改进措施，设计时应当精准计算，尽量确保能够保持在同一直线上。

（3）可在墙肢过长的剪力墙中间设置结构洞，形成多肢墙，来达到避免超筋的目的。

（4）精准计算，确保剪力墙的数量、分布符合要求。

（5）调整上下层及中间层连梁的弯矩的设计值，通过20%的幅度变化，达到降低连梁超筋可能性的目的。

4.4 墙肢的选择

在墙肢的长度要求中，墙肢长度应小于8m，下跨高比则不低于6。如果超出规范要求，不仅缩短了剪力墙的使用年限，而且会降低墙肢的刚性，使得建筑物本身抗震效果降低，稳定性和安全性较差。

在墙肢的厚度要求中，填充墙厚度在20cm，剪力墙也应当保持20cm，这样可以提升墙肢的稳定性。

4.5 控制剪力墙数量

在建筑结构的剪力墙结构设计中，并不是剪力墙越多越好，建筑结构设计的重点是为建筑物减重，提升它的安全性和稳定性，通过科学计算，应控制剪力墙的数量，合理安排，合理布局，能够起到最佳的抗震效果即可。

5 结语

随着国家的不断富强昌盛，人民的生活水平也随之提高，对建筑行业的安全和稳定也提出了更高的要求。尤其是近年来，地震灾难频繁发生，建筑行业对其质量和抗震性能有了更高的要求，随着科学技术的进步，越来越多的新技术和新工艺被应用到建筑行业当中。剪力墙结构能够提升建筑的抗震性能，使其被大量应用于各种建筑结构中，因此设计人员应重视对剪力墙结构的学习和认知，通过不断的实践提升相关知识业务能力，确保建筑设计中的剪力墙结构能够发挥其最大的效能。

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