論剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

龐乃元

論剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

龐乃元

最近一個時期以來，伴著我們國家經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴大，建筑行業(yè)也處在持續(xù)的突飛猛進當中。國民在自身生活水平不斷提高的情況下，對建筑工程的品質(zhì)及其綜合功能水平的需求亦愈來愈高檔化，特別是對建筑構造的需求亦持續(xù)地復雜化。剪力墻構造由于其具有較佳的抗震性能和抑側(cè)撓度等優(yōu)越性變成了在當今建筑市場上廣泛運用的建筑構造模式。在此，就剪力墻結構的定義、設計標準及設計關鍵環(huán)節(jié)等內(nèi)容作些粗略的闡釋。

剪力墻構造設計與編制；建筑構架設計；運用

我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展極大地帶動了建筑領域的繁榮。本著配合國民對建筑工程品質(zhì)及性能的需求越來越高的趨勢需要，豐富和改善建筑構架就越表現(xiàn)得相當重要和迫切，剪力墻構架的問世正是應了時代的需求而發(fā)生的。因為剪力墻具備抑側(cè)剛度高等特殊性，故在建筑構造編制中獲得了普遍的運用，現(xiàn)實它已經(jīng)變成建筑行業(yè)中主流的建筑構架模式，并且在該行業(yè)建筑構架編制中扮演者相當關鍵的角色，推動剪力墻構架組合在建筑結構編制中擁有相當實用的價值。

1 剪力墻構架介紹

1.1 剪力墻結構

通常所說的剪力墻是指建筑（同時也包含住房和相關配合構筑物）里，一般當做承擔風荷載及由于地震造成的水平負荷的建筑墻體。所以，剪力墻還可以叫做擋風墻。防震墻或者構架墻。換句話說，構件剪力墻的基本意圖是預防建筑構架受到剪切性質(zhì)的損毀。欲確保房屋建筑及附屬構筑物的穩(wěn)定性和牢靠性，剪力墻的建筑用料大多采取鋼筋水泥。

建筑物構架是指房屋及建筑物內(nèi)，靠固定數(shù)目的組件也就是作為建筑構架的分體單元（比如橫梁、水泥蓋板、立柱等等）組合銜接而成的可以負載相應重力的空間或水平二維方向平面范疇。遵循相異的要求條件，可以把建筑構架單元劃分成多種類別。依照施工流程的區(qū)別，建筑構架組成有混合構造、框架構形、剪力墻構架和框筒構架等，因為剪力墻構架擁有抗側(cè)剛度高，耗鋼量少和抵抑震災能力大等特殊性，現(xiàn)在已經(jīng)在我們國家建筑構架編制領域占有主流的市場地位，且搏得了業(yè)者們普遍的重視。

通俗地說，剪力墻構架組成即為運用鋼筋水泥墻面板來負載橫向和豎向兩個方向的力的構架單元。當編制剪力墻組成時，建筑企業(yè)在很大程度上要選取鋼筋水泥墻面板來取代原來的建筑工程構架中的橫梁和立柱，憑借其承載橫豎兩向的各種壓力，進而穩(wěn)固地平衡建筑構架的水平應力。換句話說，剪力墻構架組成基本是縱向的鋼筋水泥墻面板，其橫向還依然是靠鋼筋水泥的空心板擔壓在立面墻上，建筑行業(yè)一般把此類構成統(tǒng)一命名為剪力墻結構。

1.2 剪力墻構架的類型

依據(jù)剪力結構墻有無在上面開孔還有所開孔的尺寸情況通常把剪力墻區(qū)別成實體結構墻、具備開孔的剪力墻、復合肢剪力墻及立式支架剪力墻4種類型。它們當中僅有實體墻是沒有開孔的剪力墻體，另外3類剪力墻均具有不同尺寸的開孔。再者就是還可按照開孔的面積多少進行區(qū)分。下面重點介紹兩類剪力墻的具體情況。

1.2.1 實體剪力墻

一般所言的實體墻，系立面墻體未進行開孔，也包括墻體立面上盡管已經(jīng)開孔，然而所開孔的區(qū)域面積不大于墻體總面積的百分之十五。此類剪力墻的受壓變形基本上是變?yōu)榍嫘停瑝Ρ旧淼膹澗胤植紙D絕不會發(fā)生反彎，亦不可能產(chǎn)生突變，不會產(chǎn)生任何不利現(xiàn)象，墻本身的負載功能亦相當優(yōu)良。

1.2.2 實體上開有小孔的剪力墻

顧名思義，它是說其墻面上是開有小孔的。通常所言剪力墻實體上開小孔，就是說所開的小孔區(qū)域面積不大于墻側(cè)面總面積的15%。此類剪力墻的受力變形基本上屬于彎曲性，墻體的彎矩圖區(qū)域不可能發(fā)生反彎的現(xiàn)象，然而，其卻有產(chǎn)生突變的可能性。

2 剪力墻構架設計基準

2.1 樓層之間最小剪力系數(shù)的整合基準

在剪力墻構架的編制進程中，建筑各樓層之間一定要執(zhí)行最低剪力系數(shù)的基準。第一，在具體建設的環(huán)節(jié)當中，出于減小房屋及構筑物的本身重量的目的，最大限度地提高構筑物本身的抵御震災功能，必須在短肢剪力墻負載的首位振型下部地震顛覆力矩占構架總下部地震顛覆力矩的40%以下的條件下，最大限度減小剪力墻的面數(shù)。再者，在嚴格符合上一條件的情況下，對剪力墻實施大開間調(diào)整可使它的側(cè)向剛度數(shù)值更高。如此，建筑樓層相互之間的剪力系數(shù)可以獲取最好的約束，工程投資將大幅度降低，大幅度地縮減了工程建設投入。

2.2 針對樓層間最大位移和樓層高度之間比例實施恰當調(diào)整的基準

通常來說，針對常規(guī)建筑進行墻體構架設計時，其設計工作的重心應當是放在各個樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形及剪切形變的應對策略上。人們都知道，建筑構架的橫向剪切變形應對都是依托縱向構件的恰當組合來實施有效調(diào)整的。所以，倘若縱向構建設置的過多，剪力墻的剪重比例數(shù)值一定會增長過快，此類不科學的剪力墻構架編制可直接造成建筑物各樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，而且變形程度很大。

3 剪力墻結構優(yōu)化設計

作為建筑結構中不可或缺的構件，剪力墻有著自身獨特的特點。

在建筑的設計中，逐漸發(fā)現(xiàn)了剪力墻的優(yōu)缺點，其具有承載力和平面內(nèi)剛度大的優(yōu)勢，但是剪切變形相對來說較大，且平面外較薄弱，加之施工中剪力墻形式復雜多變，受力非常繁瑣，這些都阻礙了建筑結構中剪力墻作用的有效發(fā)揮。

剪力墻在承擔水平荷載和豎向荷載的作用上都比較強勢。其優(yōu)點是側(cè)向剛度大，并且整體性較好，水平力作用下的側(cè)移相對較小，加上剪力墻設計中沒有梁和柱等的外露與突出，所以非常方便房間的內(nèi)部設置。但是其存在的缺點就是不能提供大空間的房屋。

結語

在對剪力墻結構設計實施有效考量的過程中，我們要關注其基準概念的設計，仔細把握設計中遵循的各項規(guī)則，恰當選用有效的長度和寬度，使設計達到最理想的效果。只有如此才能保證建筑結構經(jīng)濟安全，大幅度減小工程成本，推動整個工程建設的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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TU31

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龐乃元，男，1988年12月20日出生，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學長城學院，土木工程專業(yè)，現(xiàn)從事結構設計工作。