剪力墻結構在建筑結構設計中的應用分析

李緒良

摘 要：現階段，剪力墻結構設計中還沒有明確規定剪力墻位置的具體布置以及尺寸的要求。一般來說，這些標準都是由建筑的結構設計師通過多年的實踐經驗所積累的。所以，在建筑結構設計時不可避免的會存在一些問題，而對建筑的整體效果產生影響。

關鍵詞：剪力墻結構；建筑結構；結構設計

作為建筑設計中比較常見的施工技術，剪力墻具有較好的抗震能力與抗側剛度，因而在各種建筑，特別是高層建筑當中得以廣泛應用。在實際應用當中，設計人員應當對各種因素進行全方位的綜合考慮，并結合剪力墻的優缺點對比分析利與弊，以提高剪力墻的利用率。

1 剪力墻結構概述

剪力墻指的是建筑中，用于承受風荷載或地震作用所引起的水平荷載的墻體，因此，剪力墻又可以稱作為抗風墻或抗震墻。由此可以看出，剪力墻的設置是為了保護建筑結構不遭受到剪切破壞。通常情況下，剪力墻的施工材料會選擇鋼筋混凝土，以增強房屋及構筑物的堅固性。建筑結構指的是房屋或構筑物中，由一定數量的構件而連接形成的具有承受一定荷載能力的空間體系。根據不同的標準，建筑結構的分類也有所區別。根據不同的施工方法，建筑結構可分為混合結構、框架結構、剪力墻結構等。由于剪力墻具有較強的抗側剛度和抗震性能，而且用鋼量也比較小，因而在建筑結構設計中得以廣泛應用。簡單來說，剪力墻結構就是利用鋼筋混凝土墻板來承受來自垂直方向和水平方向的力的結構。在設計剪力墻結構時，通常會使用鋼筋混凝土墻板取代之前框架結構中的梁柱，從而提高承受荷載的能力。換言之，剪力墻結構主要指的是豎向的鋼筋混凝土墻板，而橫向仍然沿用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上，而這個結構就成為剪力墻結構。

2 剪力墻結構設計的基本原則

2.1 剪力墻的厚度與高和寬相比，要小很多，幾何特征類似于板，受力形態接近于柱，但其又與柱存在明顯的區別，即其肢長和厚度的比值，當比值不超過3時，可以按照柱來計算，當比值介于3-5之間，則可作為異形柱，并按雙向受壓構件設計。

2.2 在剪力墻結構中，墻作為平面構件，不僅需要承受來自平面作用的水平剪力和彎矩，同時還需要承受豎向壓力。在這種狀態下，剪力墻在水平作用下如同底部嵌固與基礎懸臂梁在地震作用或風載下，因此，剪力墻不僅需要具備一定的剛度，還需要具備能夠滿足非彈性變形反復循環下的延性。

2.3 剪力墻結構中最突出的特點就是在同一平面內剛度和承載力較大，而平面外剛度以及承載力則比較小。當剪力墻與平面外的梁相接時，會導致墻肢外平面外彎矩的發生，但一般不會對墻的平面外剛度和承載力造成影響，因此，應盡量避免開平面外搭接，如果遇到不得不搭接的情況，則應根據具體的相關規定采取合理的解決辦法，以對剪力墻平面外的安全形成可靠保障。

2.4 剪力墻的設計技術需要對豎向和水平作用下的結構整體進行綜合分析，在求得內力后，按照偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力進行驗算。一般情況下，在計算剪力墻承載力時，對帶翼墻的計算寬度應當根據實際情況取最小值。

3 剪力墻的特點分類

近幾年來，剪力墻廣泛應用于建筑結構設計當中，主要是由于其具有多方面的優勢，具體來說包括了抗側剛度大，側移小；結果后自重大，抗震性能高；室內墻面平整。但同時也有其弊端，如施工復雜、造價較高。在具體的施工當中，剪力墻的開洞與否以及開洞尺寸的大小，可以具體分為以下幾種情況：

3.1 整體小開口剪力墻：開洞面積不小于15%，但仍屬于面積較小的剪力墻，其受力特點在于彎矩圖在連梁處突變。

3.2 實體墻：沒有開洞或者開洞面積不足15%的墻。受力特點體現在像一個整體的懸臂墻，此時彎矩圖沒有突變同時也不會產生反彎點。

3.3 壁式框架：洞口尺寸偏大，而且連梁線與墻肢線剛度相互比較接近的墻。這種情況下，彎矩圖會在樓層出發生突變，并在大部分樓層中出現反彎點。

3.4 雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。其受力特點與整體開口較小的墻比較相似。

4 剪力墻的布置原則

4.1 在進行剪力墻的設計時，需要注意的是應當沿著主軸的方向進行雙向或多向布置，最好能夠在不同的方向使得剪力墻相連，并最大程度防止出現對直或拉通的情況；在設計抗震功能結構時，應當盡量促使兩個方向的側向剛度相互接近，并保證剪力墻的墻肢截面尺寸符合設計規范。在高層建筑的剪力墻結構中，剪力墻應當沿主軸方向或其它方向進行雙向或多向布置，尤其是對于抗震功能的設計，要盡量防止單方向有墻模式的出現，從而保證其能夠發揮其應有的作用。另外，剪力墻要保證分布均勻，并且數量適宜。在剪力墻配置較少時，結構的抗側力剛度也會隨之減弱，而如果配置數量較大，墻體也難以真正發揮作用，功能得不到充分發揮，并造成抗側力的剛度過大，震力也有所增加，最后影響自重。

4.2 剪力墻的布置應遵循豎直方向上從下往上布置的順序，從而防止剛度突變情況的發生。在高層建筑中，剪力墻的墻肢截面應當盡量簡易，并保證剪力墻在豎直方向上的高度的均勻性，另外還應當在剪力墻的洞口或者門窗處形成明確的墻肢和連接梁。

4.3 剪力墻在布置設計時要均勻分配不易過密，以保證整個結構具有相互適應側向的剛度，如果側向剛度過大，會導致墻體自身的重力過大，而且在發生地震時還會增加震力，而增加建筑倒塌的可能性，留下安全隱患。

4.4 務必保證剪力墻的洞口或者門窗上下對齊，并且成列布置，另外為了保證剪力墻的承重力，不發生變形，應當避免使用疊合的錯洞墻。

4.5 短肢剪力墻指的是墻肢的截面長度與厚度之間的比值介于5-8之間，而在高層建筑中，則不能全部都采用短肢剪力墻的結構設計模式，而是需要將短肢剪力墻結構的最大使用高度適當的降低。

5 剪力墻在建筑設計施工中的應用

5.1 剪力墻平面結構布置

剪力墻的平面布置首先要做到的就是保證均勻，并保證質量中心和剛度中心處在重合的狀態下，減少力矩對墻體的作用力。剪力墻在施工中應當沿主軸方向布置，并保證剪力墻的抗側力剛度保持在合理范圍內，如果有必要可適當增加可利用空間，并保證適當的高度。另外，剪力墻還應當保持合理的間距，通常采用經驗公式進行設計，公式為T=（0.05-0.06）n，其中n為建筑結構層數。實際剪力墻的數量應當與計算結果接近。剪力墻處理要具備較強的承重能力與剛度，還應當保證良好的延伸性和彈性，從而保證其在因外力作用產生裂縫時，剪力墻還能夠不發生倒塌。

5.2 剪力墻約束邊緣構件處理

約束邊緣構件能夠促使剪力墻的承載能力得以顯著提高，并減少層間位移，同時提高抗震能力，而且對于墻板也能提供穩定作用。剪力墻抗震設計應當滿足第一振型的抵抗力矩大于承受力矩的一半以上。約束邊緣構件的確定應當以剪力墻相關軸壓比為依據。一般來說，抗震等級較高的剪力墻，應當采取層數較多的約束邊緣構件，并有效控制剪力墻的均勻性，以從根本上提高墻肢的承重能力。

6 結束語

綜上可以看出，由于具有較強的抗震性能與抗側剛度，而在建筑結構設計中得以廣泛應用。同時，也正是由于其具備這些功能，因而施工工藝也比較復雜，需要設計人員和施工人員在進行結構設計與施工時，綜合考慮各方面的因素，以保證剪力墻能夠真正發揮其應有的作用，從而對建筑物的功能和安全形成可靠保障。

參考文獻

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