建筑結構設計中剪力墻結構設計的運用研究

吳海源

摘要：隨科學技術的不斷發展和進步，建筑行業的水平也逐漸提高。建筑結構從砌體結構到框架結構，再到現在成為高層建筑的主流結構體系的剪力墻結構。剪力墻結構不僅能滿足建筑內部無外露柱構件的美觀要求，還提升了建筑的空間使用率，并具有穩定性好、抗震性強和耐久性好的特點。本文結合建筑結構設計中剪力墻結構設計的相關原則及特征，對其具體的結構布置及應用進行了介紹，以供參考。

關鍵詞：建筑結構設計；剪力墻結構設計；運用分析

引言

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。

1剪力墻結構概述

剪力墻具有強大的抗震能力讓它享有“抗震墻”這樣的稱呼，而其顯著的抗風能力，在生活中也被稱為“抗風墻”。和普通的磚墻相比它具有結構特殊性，也叫做“結構墻”。作用主要是為了承受地震荷載、風荷載，以及各種自然災害帶來的水平荷載。建筑物在時時刻刻都會受到外力的威脅或者破壞，正常使用的建筑一旦出現問題，可能會引起嚴重的后果。所以為了讓建筑物變得更加穩定，剪力墻應運而生。判斷一個建筑的承受能力主要看它結構的豎向受力和橫向受力，作為剪力墻的主要材料，鋼筋混凝土目前具有不可替代的優越性。剪力墻的類型有：不開洞的實體墻，有端柱的剪力墻，有一排或多排洞口的聯肢墻，用在轉換層處的框支剪力墻，以及由剪力墻圍成的核心筒等等。這些剪力墻每種都有其自身的受力特征，設計人員應該結合建筑結構要求來進行具體的剪力墻類型選擇。所有的剪力墻從總體特征來看，主要有以下幾個方面：具有較強的抗震性能，使得室內的墻面呈現比較平坦的外觀，但是剪力墻因為其結構的建設需求，在實際的剪力墻施工中需要涉及到很多環節，所以其中的總體成本也是比較高的。

2剪力墻結構在建筑結構設計應用中應該堅持的幾個原則

2.1通常情況下，剪力墻的高寬要遠大于其厚度，是一種結合特征的向板，所以其受力形態類似于柱子，但具體的差距還是要根據肢長和厚度比值范圍，當肢長與厚度比值不超過3，可以參照柱子來進行剪力墻設計。當兩者比值超過3但小于5，可以將剪力墻看成異形柱進行處理。

2.2剪力墻結構的平面結構，既要承擔水平剪力及彎矩，還需要承擔豎向的壓力。所以在考慮到剪力墻結構的抗震要求時，要同時考慮其剛度和延展性。

2.3剪力墻的剛度及承載力考慮。當剪力墻處于同一平面時，具有較大的剛度和承載力，平面外則較小。所以如果剪力墻與平面外的梁連接，則延伸在平面外的墻肢就容易發生彎曲。在設計中應該盡量避免剪力墻與平面外梁連接的情況發生。必須連接的時候，應該設置對應的保護措施，避免因墻肢彎曲發生意外事件。

3剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

3.1剪力墻結構設計原則及要點

通常情況下，剪力墻的高寬要遠大于其厚度，其受力形態類似于框架柱，都是壓彎構件，壓彎破壞狀態以及計算原理基本相同。但是截面配筋構造有很大不同，具體的情況還是要根據肢長和厚度比值的范圍來選擇。當肢長與厚度比值不超過4，可以參照框架柱的要求來進行截面設計。當兩者比值超過4但小于8，則按照短肢剪力墻的相關要求來進行截面設計。當兩者比值超過8時，按剪力墻的要求來進行截面設計。剪力墻結構，既要承擔水平剪力及彎矩，還需要承擔豎向的壓力。所以在考慮到剪力墻結構的抗震要求時，要同時考慮其剛度和延展性。

3.2平面內搭接

剪力墻以平面內受力為主，建筑結構中，剪力墻需要在結構平面的主軸方向雙向布置，分別抵抗來自各方向的水平力，墻端與計算方向垂直的翼墻不僅可以增大計算方向的剪力墻的剛度和承載力，還能增大彈塑性變形能力。剪力墻外的平面布置會影響到剪力墻結構的作用。剪力墻的特點是平面內的承載力及剛度大，而平面外的承載力和剛度小。如果剪力墻與平面外的梁搭接時，會使墻肢平面外承受彎矩，特別是梁高大于2倍墻厚的時候，剛性連接梁梁端彎矩使剪力墻平面外產生彎矩，因此，在設計時盡量減少平面外連接，若不能避免，就要采取措施，從而保證了剪力墻平面外的安全性。

4剪力墻的具體布置實施

4.1平面布置

剪力墻設計的平面布置可以靈活，但是有幾個要注意的地方。①平衡、對稱。建筑強設計結構有長有短。遇到較長的剪力墻時，不要全部當成一個整體，選擇開洞口的方式，將墻面分成等長均勻的幾段。交錯不齊的剪力墻洞口會帶來很多隱患，比如說受力剛度減小，結構不穩定，容易發生事故等等。所以洞口要一排排的整整齊齊。對稱布置，使得結構平面上剛度均勻，減小水平力作用下給結構產生的扭轉。②在進行抗震設計的時候，盡量減少一字型的短肢剪力墻的布置，雙向的或者多向的更能保障安全。多向或雙向的設計可以形成一定的空間工作結構。剪力墻不僅需要在結構平面主軸方向雙向布置，而且還應該盡量使得各主軸方向剪力墻的側向剛度相近。③剪力墻結構與其他的結構一樣，在特殊情況下也會出現剛度突變的情況。為了避免不必要的損失，在豎直方向上要從下往上的布置。④在同一個平面上的剪力墻結構質量中心和剛度中心不可以岔開，岔開之后，無法保證其穩定性，應沿著建筑物的全高布置，側向剛度沿著高度從下至上連續均勻，剪力墻開洞時，洞口上下對齊。⑤平面形狀凹凸較大的時候，盡可能在凸出部分的端部附近布置剪力墻。當遇到建筑物周邊、電梯間、樓梯間等部位時，均勻的布置剪力墻。⑥剪力墻不宜過長，超過8m的剪力墻最好設置掛高比較大的連梁將其均勻分為若干段，使得各個墻段的高度與長度之比大于3。

4.2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。

4.3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。

5結束語

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。

參考文獻：

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