剪力墻結構在建筑結構設計中的應用分析

王東

摘要：在建筑結構設計中，剪力墻設計是其中非常重要的一項內容。隨著高層建筑的不斷增加，剪力墻的在建筑中的應用越來越廣泛。文章通過論述剪力墻結構分類及其特點，有針對性的對建筑結構設計中剪力墻的結構設計措施進行闡述與分析，以供相關人士參考。

關鍵詞：建筑結構；剪力墻；優化設計；應用分析

引言

隨著我國經濟社會的不斷發展，推動著我國建筑業得不斷向前發展。現代高層建筑越來越向多功能的綜合用途發展，人們對高層建筑平面空間的設計要求越來越高，普通的框架結構顯然已不能滿足人們對高層建筑室內空間的使用和整體美觀的愿望。剪力墻從縱向及橫向來承擔荷載，其剛度有力地抗擊著水平荷載，已經被高層建筑結構設計廣泛使用。因此，不斷地追求新的結構模式是未來建筑業發展的目標。

一、剪力墻結構的種類及分類依據

目前，剪力墻結構被廣泛應用于建筑結構的設計中，種類主要有四類：①有壁式框架的剪力墻。這種剪力墻的特點是洞口的尺寸比較大，墻肢線剛度與連梁線剛度非常接近，受力墻在受力后呈現剪切型，這種受力特點和框架結構非常相似。在高層建筑中采用這種剪力墻容易出現反彎點，在樓層處反彎圖也有可能發生突變。②截面剪力墻或者實體墻。這里所說的截面剪力墻是指墻體不開洞或者所開洞的面積不超過15%。這種類型的剪力墻在受力后變形主要呈現為曲型，整體上看這種剪力墻像是一個懸壁墻，彎矩圖上不存在彎點，在樓層處的反彎圖中也不可能發生突變。③雙肢或者多肢剪力墻。這一類型的剪力墻的特點是開口比較大，而且洞口一般成列分布。④整體小開口剪力墻。這一類型的剪力墻開口普遍較小，但是開洞的面積比較大，一般不低于15%。整個剪力墻在受力后主要的變形方式是彎曲型，在整個墻肢上幾乎沒有反彎點，但在彎矩圖的中心位置容易發生突變。

二、建筑剪力墻結構設計的要求

1、平面結構布置

平面結構要具有良好的整體性，同時要做到簡單、均勻對稱、規則，對于長度、寬度比較大，或者不規則的平面結構，要設置合理的溫度伸縮縫，從而有效地提高結構的整體性，為增強抗扭效果，要盡量沿著周邊布置剪力墻，對于質量中心和結構剛度中心偏差比較大的結構，在地震作用下，受扭轉力的影響會產生巨大的破壞，因此，在設計過程中要注意盡量將質量中心和結構剛度中心重合在一起。

2、垂直結構布置

由于垂直受力構件在轉換過程中，會對建筑的垂直剛度造成影響，如果發生地震，這部分就會成為抗震的薄弱環節，因此，要對剪力墻轉換層上下結構的剛度進行嚴格的控制。轉換層的轉換構建在傳力過程中要盡量做到簡單、直接，避免出現水平方向的多級轉換和轉換次梁的現象。由于剪力墻轉換梁上一層墻體和中間支柱承載的垂直荷載比較大，因此，要盡量避免在這些部位設置門洞，同時要盡量加強轉換層下部剪力墻的剛度。轉換層會對上下傳力構件的直接傳力造成影響，因此，要將轉換層上部的垂直抗側力構件直接設置在轉換層主結構上，防止出現多級轉換的現象。

三、建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用

對于剪力墻結構的設計是一個非常復雜、專業的過程，其中具有著很多個設計步驟。對此，就需要我們在對剪力墻結構進行設計之前就能夠對剪力墻結構設計的步驟進行充分的了解，并對墻肢所具有的厚度與長度進行確定。之后，則需要開展連梁以及邊緣構件的設計，最終對地震荷載進行計算。

1、墻肢長度與厚度的設計

1.1 剪力墻厚度

根據抗震規范規定要求，當高層建筑抗震等級為一、二級抗震設計人員需要對剪力墻底部進行加強，其墻厚應大于200mm，而且大于高層建筑層高1/16，對于非加強區域墻厚不得低于160mm，在進行剪力墻設計過程中，設計人員如遇特殊情況，應對高層建筑展開概念設計分析，積極控制與調整墻肢軸壓的數值，確保高層建筑的連續性，確保剪力墻結構設計滿足規范要求。

1.2 墻肢長度

在設計過程中，設計人員對高層建筑剪力墻結構長度有著明確控制，墻肢長度一般低于8m，因此在剪力墻結構設計過程中設計人員應保證剪力墻體系延性，為了消除剪力墻結構發生脆性破壞，可把剪力墻的高寬比大于3，增強剪力墻的延性，在地震作用下使其發生彎曲破壞，在以往設計過程中筆者發現墻體過長，為了確保墻體的高寬比值大于3，可通過開設洞口等措施將長墻分割成具有均勻性肢墻，對于洞口

2、連梁的設計

在剪力墻結構中，在水平荷載的作用下，墻肢會發生變形，從而引起連梁產生內力，這時連梁端部的內力會減小連接墻肢產生的變形內力，從而約束墻肢變形，連梁對剪力墻結構十分重要。連梁超筋是剪力墻連梁常見的問題，其本質是剪力剪壓比無法滿足相關要求，當墻段比較長時，連梁容易超筋的部位大多集中在中間段；當墻段中墻肢截面高度相差比較大，并且分布不均勻時，墻肢處連梁容易出現超筋現象。出現連梁超筋現象后，可以采用以下幾種方法進行處理：①可以通過調整剪力墻中連梁彎矩剪力塑形進行處理；②根據實際情況，適當的減少連梁截面高度；③當連梁破壞對垂直方向的荷載影響不大時，可以從地震作用的角度進行思考，放棄使用該連梁，計算獨立墻肢在多遇地震情況下的結構內力，墻肢配筋則應按照兩次計算得出的大內力進行。

3、邊緣構件的設計

邊緣構件也是我們在剪力墻設計過程中非常重要的一項工作。對于邊緣構件而言，有約束邊緣構件的矩形截面剪力墻和無約束邊緣構件剪力墻相比有著明顯的優勢，具有著更高的基線承載力，同無約束情況相比其承載力能夠提升約40%左右。而在類型方面，邊緣構件主要有構造邊緣構件以及約束邊緣構件這兩種，在實際應用的過程中都需要我們在聯系建筑實際情況的基礎上對其進行設置。

4、地震荷載及內力設計

如果建筑主體結構布置情況較為簡單，那么我們在對剪力墻結構進行設計時則可以通過空間協同平面框架的應用對其進行計算。而如果建筑主體結構布置情況較為復雜，我們則可以通過空間分析程序對其位移、內力等因素進行分析。同時，在實際設計過程中，我們也需要以簡化計算的原則開展設計工作，且在對地盤長寬進行計算時需要能夠在結合建筑主體結構長寬的基礎上對其開展分析工作，并盡可能地以成比例的方式進行設計。

四、剪力墻結構設計優化措施

1、加強大墻肢的結構處理

在設計過程中筆者發現剪力墻結構由于本身具有延伸性要求，對此在實際施工過程中也應具備其延展性能，設計人員應重視剪力墻結構整體性工作，剪力墻在實際破壞中以彎曲破壞為主，極易造成脆性破壞，這對結構的抗震極為不利。針對這種情況設計人員對于墻肢較長的剪力墻設計不僅滿足承載力要求還需進行分層設計，將其分割成為均勻單元，對于較短墻肢在受彎條件下出現裂縫較小，從而能夠有效發揮墻體配筋作用，為消除這些不利現象出現，對于墻肢長度超過8m可選擇下列處理措施：第一，開設施工洞，在施工過程中需對墻體孔洞預留，同時對預留孔洞需布置填充墻，這樣能夠將長墻肢隔成短墻肢。第二，開設計算洞，設計人員主要在結構計算時假設其有洞，但在實際施工過程中仍為混凝土墻，這種計算洞的開設，能夠發揮墻肢配筋性能。

2、加強剪力墻結構均衡設計

在高層剪力墻建筑結構設計過程中，設計人員應當采取恰當優化措施實現結構受力均衡，不僅能夠提高剪力墻結構安全度，還能夠控制工程的投資造價，設計人員根據剪力墻的平面布置情況能夠真正實現剪力墻結構的設計優化，根據施工現場條件，制定正確的剪力墻設計方案，設計人員加強剪力墻施工質量的督查，制定科學的施工管理機制，強化施工管理人員的安全意識，要求其按照操作流程與設計圖紙進行施工作業。

結束語

剪力墻結構在建筑工程中有十分廣泛的應用，在進行剪力墻結構設計時，要根據建筑工程的實際情況，確保制定的剪力墻結構施工方案既符合施工質量標準，又能滿足經濟要求，從而為建筑工程的施工質量提供保障，有效地促進和諧和會的構建。

參考文獻：

[1]梁潤柏.在建筑結構設計中剪力墻結構的應用分析[J].中國房地產業，2013，（04）：125-126.

[2]康恒.高層住宅建筑剪力墻結構的設計與分析[J].科技創新導報，2012，（18）：141-142.

[3]蘇加呂.建筑工程中剪力墻的設置和分析[J].中華民居，2011，（01）：117-118.