淺談剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

張暉

摘要：由于我國可利用建設用地面積越來越少，致使建筑在豎向空間上向高層和超高層發(fā)展，而傳統(tǒng)普通框架結構的各種性能規(guī)范限定不能滿足建筑空間分割的需求。本文通過實際經(jīng)驗，研究剪力墻結構設計的要點和設計原則，發(fā)現(xiàn)其性能優(yōu)勢，分析剪力墻結構在建筑結構設計中的特點，為將來建筑結構設計做出一定的指導借鑒意義。

關鍵詞：剪力墻結構；設計要點；優(yōu)化措施

隨著區(qū)域中心城市經(jīng)濟、政治、文化的發(fā)展和人們生活水平的提高， 越來越多的畢業(yè)大學生選擇在城市工作，致使城市人口越來越多，從而造成城市建筑越來越密集，容積率越來越高。為了滿足建筑的工程質(zhì)量，保證使用者的人身安全，剪力墻結構設計被運用于許多高層建筑結構設計中。在不同功能的高層建筑結構設計中，由于剪力墻結構具有較強的抗震性能和較大的抗側剛度，安全度高，所以剪力墻結構設計對于高層民居住宅較為常用。但是目前我國剪力墻結構的發(fā)展缺乏一定的規(guī)范，從而造成建筑整體結構受力不合理和增加施工成本等問題。通過本文對建筑剪力墻整體知識點框架體系的疏離，減少剪力墻結構設計在建筑結構中的不合理運用，讓剪力墻結構更好地服務于高層建筑。

一、剪力墻結構的概述

（一）剪力墻結構的概念

剪力墻結構設計是建筑結構中常見的結構設計之一，其屬于鋼筋混凝土墻板構成的承重結構，需承受來自頂部水平方向鋼筋混凝土樓板的重量，相當于鋼筋混凝土柱子的功能。由于其面積較大，在兩層樓板相約束的情況下，對水平方向的力有較強抵抗力，如地震水平拉力、風產(chǎn)生的水平推力等。減少外力作用下建筑水平搖擺的程度，這種在垂直方向受力且水平方向保證建筑的穩(wěn)定性的建筑結構稱為剪力墻結構。

（二）剪力墻結構的特點

由于剪力墻結構是使用墻板來替代框架結構中梁柱的作用，在維持建筑穩(wěn)定性的同時在縱向上承擔全部的重量，這主要依賴于剪力墻結構的以下特點。

首先，鋼筋混泥土剪力墻側向剛度大，抗壓抗側能力強。剪力墻在建筑結構中的位置非常特殊，根據(jù)地域最大風向設計剪力墻結構在建筑結構中的位置，從而使其結構體系能很好地承受高層建筑豎向上和水平方向上的荷載，很好地控制建筑在水平外力作用下的側移程度。

其次，建筑剪力墻對建筑室內(nèi)空間的分割作用。由于建筑結構剪力墻的高度一般與建筑高度相等，從底部基礎至頂部屋面，厚度很薄，而寬度根據(jù)建筑平面布局而定，在建筑空間結構上使用較為方便，提高建筑室內(nèi)空間的利用率。

最后，抗震性能好，造價高。由于剪力墻結構里面含有鋼筋、混凝土等材質(zhì)，致使其本身結構重量加大，從而增加地震時建筑結構的性能，比起梁柱的施工，剪力墻結構從材料、模板等方便為施工增加難度和造價。

（三）剪力墻結構的分類

由于建筑的使用功能不同、立面墻體洞口設計和平面空間設計不同，依據(jù)實際情況，把剪力結構墻分為以下四類作為剪力墻結構設計的參考指標之一。

第一類，剪力墻為實體墻結構。這類剪力墻是建筑結構設計中最常見的結構形式之一，即墻面沒有開口或開口面積不超過墻面表面積15%的鋼筋混凝土墻。這類剪力墻剛度性能最好，抗側能力強，很難產(chǎn)生水平方向的曲型變形，如無特殊原因，墻體使用壽命較長，常用于高層建筑外墻部分。

第二類，剪力墻面有開口的實體墻結構。在建筑結構設計中，這種剪力墻面上出現(xiàn)開口面積在墻體面積15%以內(nèi)的設計簡稱為剪力墻整體小開口，常用于住宅設計中。這類剪力墻結構在外力作用下計算出其彎矩較為穩(wěn)定，保證建筑不會出現(xiàn)異常變形，如移位、扭曲等。

第三類，多肢剪力墻結構。即剪力墻面有多處開小口且開口面積超過墻面面積15%的結構，由于墻面開口面積較大或開口較多，不影響整體剪力墻的受力分布，其性能與整體上開小口的剪力墻性能相似，不會使建筑發(fā)生異常變形。

第四類，壁式框架剪力墻結構。即剪力墻墻面上的開口尺寸較大，使得剪力墻各個部分的剛度大小相差不大，形狀上剪力墻面造型與框架結構造型相似，這一類型的剪力墻結構將會在樓層轉(zhuǎn)角處因受力不均產(chǎn)生結構裂縫，從而降低建筑結構整體性能，在受到水平外力時將會發(fā)現(xiàn)異常變形。

二、剪力墻結構的設計

（一）設計原則

剪力墻結構作為建筑結構中重要的受力結構，本著對建筑使用的安全系數(shù)考慮，在對剪力墻結構設計進行運用時，需遵循以下三個原則。

第一，樓層間最小剪力系數(shù)原則。在建筑結構設計中，運用科學的數(shù)字化手段對房屋受力進行計算和估測，增強建筑的抗震、抗側及承載能力，控制剪力墻樓層間的剪力系數(shù)，根據(jù)建筑結構合理開口，在很大程度上將減少房屋自身重量，降低施工時的難度和成本。

第二，樓層間位移與樓層高度之比合理調(diào)整原則。通過查閱資料和實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了對建筑樓層之間的剪切或扭轉(zhuǎn)變形，在豎向上常采用腳手架等構件進行控制。然而，構件本身重量將增大剪力墻的承載負荷，造成剪力墻受力不合理，從而減少剪力墻結構的抵抗性能，不利于建筑結構的安全設計。所以，對于剪力墻結構的建筑設計，應更具建筑層數(shù)、層高、樓層間的最大位移等比例調(diào)整樓層高度，盡可能減少建筑發(fā)生變形的情況。

第三，剪力墻跨度與高度比合理調(diào)整原則。在剪力墻結構設計中，如果剪力墻結構設計跨高比系數(shù)小于2.5，那么設計的剪力墻結構的抗彎、抗側性能將達不到預測的目的。因此，剪力墻結構設計應該根據(jù)不同建筑性能做出合理調(diào)整，根據(jù)跨高比值不同做出合理的結構設計，確保剪力墻結構性能更好地發(fā)揮出來。

（二）設計要點

1、 剪力墻結構的平面設計

剪力墻在建筑平面的布置設計對室內(nèi)空間的劃分和建筑的整體性能有著密切的關系，所以在剪力墻平面布置的時候應注意。首先，剪力墻結構應呈T型或L型沿主軸方向雙向均衡布置，不宜成“一”字形單向布置，增加結構的穩(wěn)定性，從而減少地震時建筑的扭轉(zhuǎn)程度。其次剪力墻的數(shù)量不應過多過密，厚度要有計算進行設計，否則將造成建筑自身重量增加，不利于建筑長期發(fā)展。最后，為了使建筑剪力墻剛度分布均勻，剪力墻上的開口位置、大小要有所控制，盡量成排設置窗口或門，是剪力墻均衡受力，從而設計出的較為實用的剪力墻結構。endprint

2、剪力墻的規(guī)格選擇

為了保證剪力墻的使用壽命，在對剪力墻結構設計時，墻體的寬度和厚度應有所限制，如一般剪力墻分支長度不超過8米。由于剪力墻較薄，住宅設計中一般不超過20公分，當其高寬比系數(shù)大于2時性能較好，可以防止建筑受力發(fā)生脆性破壞。而如果剪力墻分支長超過8米時，將成為獨立的剪力墻結構，或者為滿足其性能，通過在剪力墻上開口，使之形成分段式受力均衡的剪力墻。

3、剪力墻結構的其他細節(jié)設計

由于剪力墻結構的運用范圍較廣，所以剪力墻結構設計時所需要考慮的細節(jié)也較多，常見的有以下兩個。

第一，剪力墻結構中的連梁細部設計，即建筑結構中起到連接墻肢和墻肢的梁，簡稱連梁。在長期的水平荷載影響下，注重連梁的結構設計，使與輕質(zhì)材料填充縫隙，可以很大程度上減少剪力墻受破壞的幾率，提高其結構性能。

第二，剪力墻結構的組成材料設計。剪力墻結構中豎向和橫向鋼筋的布置、水泥和砂石的性能等級以及它們的比例等細節(jié)，都是影響剪力墻結構設計性能的重要影響因子，所以，在進行其材料選擇時，應對建筑的構造受力進行計算，選擇正確的材料才能達到建筑設計的要求。

三、剪力墻結構設計過程中的優(yōu)化措施

剪力墻結構的設計較為復雜嚴謹，為了進一步完善剪力墻的結構設計，需要從以下三個方面進一步優(yōu)化剪力墻結構設計。

首先，充分發(fā)揮剪力墻對空間有分割的作用，從結構設計上按一定規(guī)范布置剪力墻，減少室內(nèi)柱、梁的布置，使室內(nèi)空間最大化，以人為本進行布置，為建筑使用者提供方便。

其次，利用剪力墻可開口的設計原則，運用美學原理和力學計算在建筑外立面合理的設計窗口，增加建筑室內(nèi)自然通風采光和建筑的審美，從景觀的角度優(yōu)化建筑外立面裝飾，提高建筑整體風貌的美學設計。

最后，利用建筑剪力墻具有一定自重和抗風抗震的性能，在地震多發(fā)地區(qū)應加強技術創(chuàng)新，增加剪力墻體的形體表現(xiàn)，突出地域風俗的建筑特色，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)旅游規(guī)劃創(chuàng)造亮點。

結束語 ：

通過本文以上剪力墻結構設計知識點的體系的研究，以及調(diào)查剪力墻結構在建筑設計中的運用，深刻了解到剪力墻結構設計對于當下建筑行業(yè)發(fā)展中建筑設計的重要意義。為了提高高層建筑的使用性能，作為建筑設計師，應具有較高的責任心，嚴格遵循建筑剪力墻結構鋼設計的規(guī)范要求，依據(jù)建筑平面設計合理布置剪力墻。以便從整體上提高建筑的有效使用時間，促進我國建筑業(yè)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)我國生態(tài)文明建設。

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