剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用初探

施岳群

身份證號 320683198311194127

剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用初探

施岳群

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隨著社會主義市場經濟建設的深入，我國各項事業都在蓬勃發展，建筑事業也不例外。物質精神生活的豐富的同時，人們對建筑物的功能性以及工程質量產生了更高的需求。本章中主要就剪力墻結構在建筑結構設計中的應用的相關問題進行論述和分析。

剪力墻；建筑結構；抗震性能；抗側剛力

1 前言

隨著人們物質精神生活的逐漸豐富，人們對建筑的功能性和工程質量產生了更高的需求，傳統的建筑結構設計成本相對較高、功能性以及安全性能也存在或多或少的問題，因此優化傳統建筑結構設計，開發更加科學合理的建筑結構設計成為我國建筑界研究的熱點問題，于是剪力墻結構設計應運而生。由于剪力墻結構具有良好的抗震性能和抗側剛度被廣泛應用于現代建筑結構設計中，并逐漸發展稱為我國建筑結構設計的主流形式之一。

2 剪力墻結構設計的意義

簡而言之剪力墻結構就是在傳統建筑結構中，通過添加或替換的方式使用鋼筋混凝土墻來分擔其他建筑結構承受的壓力或張力。傳統建筑結構設計中，建筑的水平張力和垂直壓力都由承重墻來承擔，但是承重墻結構設計無法有效緩沖橫向水平力對建筑的影響，因此需要一種建筑結構來和承重墻形負荷分工，因此需要剪力墻。剪力墻以其良好的抗震能力、抗側剛度被廣泛應用于現代建筑設計中。

3 剪力墻結構分類

常見的剪力墻結構設計有四種，分別為實體墻、開小口的剪力墻、多肢剪力墻、壁式框剪力墻，這四種剪力墻是各有其特點，其中實體墻是唯一不在墻體上鑿洞的剪力墻類型。

實體墻，顧名思義就是墻體截面上沒有鑿洞的實實在在的墻體，但建筑學中將鑿洞面積不足15%的剪力墻統稱為實體墻。這類剪力墻能夠產生曲型變形，墻體的剛性較強，不易產生反曲或突變，具有良好的承重能力，能有效分擔主要承重墻承受的負荷，但在水平方向上剪力的分擔上存在不足，主要是韌性不足導致的問題。

開小口的剪力墻是在實體墻的基礎上進行改進后的建筑結構設計，這種剪力墻的墻體上有鑿洞的設計，這種墻體能夠發生彎曲型的形變，雖然不容易產生反曲，但存在突變的可能，剛性較實體墻差，但能夠更加有效地緩沖水平方向上的剪切力。

多肢剪力墻是對開小口剪力墻的進一步開發，通過在墻體上以列狀分布特點鑿洞來增加剪力墻的韌性，這類剪力墻的穩定性較開小口的剪力墻高，不容易發生反曲和突變，受力情況與開小口的剪力墻相似。

壁式框剪力墻完全不同于實體墻，這類剪力墻開洞尺寸較大，能夠發生剪切型的形變，結構功能性較強，但垂直方向上承載能力較弱，不適宜作為主要荷載結構使用。

4 剪力墻結構設計原則

(1)剪力墻結構設計應在建筑主要軸線方向上，這是由于剪力墻尤其是發揮抗震功能的剪力墻其需要承受垂直和水平兩個方向上的力，沿建筑主軸分布能夠使多個抗側剛度接近，即使多個自振周期接近。

(2)剪力墻沿豎向改變時，允許沿高度改變墻厚和混凝土等級，或減少部分墻肢，使抗側剛度逐漸減小，避免各層剛度突變，造成應力集中。

(3)高層建筑不應采用全部為短肢剪力墻的結構形式，短肢墻應盡可能設置翼緣。在短肢剪力墻較多時，應布置筒體(或一般剪力墻)，以形成共同抵抗水平力的剪力墻結構。

(4)不宜將樓面主梁直接支承在剪力墻之間的連梁上。因為一方面主梁端部約束達不到要求，連梁沒有抗扭剛度去抵抗平面外彎矩;另一方面對連梁本身不利，連梁本身剪切應變較大，容易出現裂縫，因此應盡量避免。

(5)當剪力墻需要進行較長的鑿洞設計時，需將剪力墻分布在若干墻段中，并且墻段之間盡可能采取弱梁進行連接。墻體較短時，形變后產生裂縫寬度較小，墻體的配筋能夠充分分擔水平方向上的剪切力，因此墻肢截面高度盡可能保持在8m以下。

5 剪力墻結構設計要點

綜合來說，剪力墻作為一種功能性建筑結構，在設計時需要從建筑的使用功能、墻體構件類型、施工工藝和綜合經濟技術等因素多個方面進行考量。設計時需要嚴格沿建筑主體的連個正交的主軸方向進行順序布置。基本上遵循八原則，即均勻、對稱、周邊、分散，來設計并布置剪力墻。下面主要就剪力墻的數量控制和布置要點兩個方面對剪力墻結構設計要點進行分析和論述。

5.1 剪力墻數量控制

剪力墻是為了承擔水平方向上由于外部因素導致的剪切力的建筑結構，但不同于承重墻，承重墻可以通過增加數量的方式來提高承重墻整體的荷載能力，而剪力墻并非通過數量增加而能形成群體效應的結構設計。剪力墻如果數量過多反而會增加建筑自身的質量，垂直方向上的荷載增大反而不利于水平剪切力的緩沖，因此剪力墻應當數量適當，才能最大限度發揮其抗爭能力、抗側剛力。

5.2 剪力墻布置要點

剪力墻作為墻體結構的一種類型，其也會承受垂直方向上的荷載，這點與常規承重墻相同，主要由構成墻體的鋼筋混凝土結構來承擔。為了最大限度發揮剪力墻承擔水平剪力的性能，因此需要盡可能改善其在垂直方向上的受力情況，在設計上就需要沿著建筑物主要軸線方向進行設計布置，同時遵循上文剪力墻設計原則中的第一點。

5.3 剪力墻的類型選擇

剪力墻結構設計時剪力墻的類型選擇也是很重要的一個方面，不同類型的剪力墻受力情況以及功能性、結構特點不相同，因此需要根據建筑功能性需求進行剪力墻類型上的選擇。例如需要剪力墻同時分擔垂直方向荷載和水平方向剪切力，并且這兩個方向上的力較大時選擇韌性適當，剛性較強的實體墻較合理。此外剪力墻和建筑整體構成美學也是剪力墻類型選擇時的一個重要參考指標。

5.4 其他要點

剪力墻要避免洞口與墻邊，洞口與洞口之間形成小墻肢。小墻肢寬度不宜小于三倍墻厚(否則應按框架柱設計)，并用暗柱加強；控制剪力墻平面外彎矩，應采取增加與沿梁軸線方向的垂直墻肢，或增加壁柱、柱等方式，來減少梁端部彎矩對墻的不利影響。對截面較小的樓面梁可設計為鉸接或半剛接，減小墻肢平面外彎矩；同時在設計剪力墻時應當考慮到建筑施工的人力成本和資源成本問題，盡可能將資源進行合理有效的分配，使資源利用率最大化。

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