建筑工程結構設計中的剪力墻設計分析

閆 銳

國糧武漢科學研究設計院有限公司

剪力墻結構之所以能夠在建筑結構設計中得到非常廣泛的應用，還是要從結構體系上的很多優勢說起。剪力墻結構整體性好，側向剛度大，承載力高，彈塑性變形能力大，具有良好的抗震性。從歷次地震中的結果來看，剪力墻結構的震害比框架結構輕得多，由于變形能力不足或承載力不足而導致倒塌的剪力墻結構極少。當然，并不是所有的建筑結構都要用到剪力墻結構，設計者需要嚴格按照建筑設計要求和特點，進行剪力墻結構的應用分析和規劃，才能確保其良好的應用效果。

1 剪力墻的概念

剪力墻是建筑中主要承受風荷載以及地震等原因引起的水平荷載的墻體。因而，剪力墻也被稱為抗風墻、抗震墻以及結構墻。剪力墻的功能是防治建筑遭受水平剪力的破壞，并能較好地保障房屋和建筑的堅固性，通常使用鋼筋混凝土用來制作。按照不同的施工方法，剪力墻也被分為了不同的眾多種類，例如混合結構剪力墻、框架結構剪力墻、框桶筒結構剪力墻等，由于其自身具有的抗側剛度大的特點，在國內的建筑行業得到了廣泛的應用。剪力墻可以承受來自水平和豎直兩個方向的力，一方面是因為其使用鋼筋混凝土作為材料來制作；另一方面，在設計剪力墻結構的過程中，主要是以滿足剪力墻可以承受水平和豎直兩個方向的力的要求來進行設計，其結構含有豎向的鋼筋混凝土墻板，水平方向則具有鋼筋混凝土的大樓板。這樣的結構整體稱為剪力墻結構，因而具有較好的剛度和抗震性，這也讓剪力墻在建筑結構中常常被使用。

2 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。

3 建筑工程剪力墻結構設計要點

3.1 設計剪力墻結構的方法

設計剪力墻結構的方法包括：①基礎方案設計。在進行設計建筑結構的時候，剪力墻的基礎結構設計是十分重要的，設計人員應當參照整體的建筑設計方案，進行循環的論證的過程時，要依據實際情況，找出最為合適的剪力墻結構。在考察項目中，不僅要考慮建筑本身的結構和設計，還要考慮建筑所在地區的水文情況和地質條件；②墻體承重結構設計。在考慮墻體承重設計時，設計人員應當充分了解相關的政策和要求以及施工數據和實際施工水平，進行整體的剪力墻的承重構件設計，確保建筑結構的整體受力能力和質量，并優化建筑技術和腔體設計結構，更精準的計算墻體的承重大小和方式。

3.2 墻肢截面厚度

剪力墻的厚度變化呈現階段性的規律。階段性即均勻平衡，連續不折斷。階段變化的范圍最大是100m，最小是50m，嚴格控制在這一范圍以內，才能使結構不發生變形。剪力墻的材料是混凝土，在混凝土的強度等級發生變化樓層時，此樓層要避免進行剪力墻的厚度變化。高層建筑在底部的剪力墻一般厚度大，當剪力墻的厚度超過400mm時，如果僅采用雙排配筋，會形成中部大面積的素混凝土，使得剪力墻的的截面應力不均勻，所以厚度超過400mm的剪力墻，需要配置三排或四排鋼筋。

3.3 剪力墻結構連梁

剪力墻結構中連梁是作為連接剪力墻平面內的梁，它不僅能夠連接墻肢，還能夠有效的約束墻肢。在設計連梁的時候，因連梁的剛度很大，普通配筋的、跨高比小的連梁很難成為延性構件，所以對連梁進行區分，按不同的形式分別設計。①跨高比大于5的連梁，此類連梁受力情況和框架梁類似，即按照框架結構中的框架梁進行設計即可。②跨高比小于5的連梁，尤其是住在、旅館等剪力墻結構的建筑中的連梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在側向力的作用下，這些連梁容易出現剪切斜裂縫。對于跨高比小的高連梁，可以設置水平縫，形成雙連梁或者多連梁，實現彎曲破壞。當連梁寬度較大的時候，除了設置普通箍筋以外，還可以增加交叉暗柱或者設置斜向的交叉構造鋼筋來改善連梁的受力性能。樓面梁支承在連梁上時，連梁產生扭轉，一方面不能有效約束樓面梁，另一方面連梁受力十分不利，因此要盡量避免。樓板次梁等截面較小的梁支承在連梁上時，次梁端部可按鉸接處理。

3.4 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。

總體來說，剪力墻結構設計已經在建筑結構設計中得到了非常廣泛的應用。但從具體的應用情況來看，目前剪力墻設計應用還存在諸多問題需要結合工程實際情況加以解決。所以在進行剪力墻結構設計時一定要結合工程的實際情況合理應用，設計人員不可以脫離設計要求和原則，把握住要點，在保證安全的前提下，努力減少成本，才能使各方獲得最大的收益。

[1]李艷霞.建筑結構設計中剪力墻結構設計的使用研究[J].建筑知識，2016，36(14)：25-26.

[2]王俊飛.論剪力墻結構在建筑結構設計中的應用[J].山西建筑，2016，42(05)：66-67.