剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用研究

高山棚 強霖

【摘 要】目前，隨著我國經濟的迅速發展，科學技術水平的不斷提高，我國的建筑行業得到了突飛猛進的發展。在其發展過程中，不免會遇到新的問題和挑戰。當下，人民生活水平提高了，對生活的追求境界也升華了。所以，現在的建筑不單方面的是要滿足人們的住房需求，同時也需滿足人們對建筑的使用功能的要求，另外，無論是形態上還是結構上，都要滿足人們對生活的享受和美的追求。為了更好地適應市場經濟的發展，建筑行業在結構上必須進行改革，新的結構模式設計不斷地創新。在此情況下，為了更好地滿足高層建筑樣式的創新、功能要求及結構的安全性，剪力墻順勢而起。

【關鍵詞】建筑結構；剪力墻；應用

【Abstract】At present， with the rapid development of China's economy and the continuous improvement of science and technology， China's construction industry has developed by leaps and bounds. In the course of its development， it will inevitably encounter new problems and challenges. At the moment， the people's living standards have improved， and the pursuit of life has also sublimated. Therefore， the current construction is not only to meet people's housing needs， but also to meet people's requirements for the use of buildings. In addition， both form and structure must satisfy people's pursuit of life and beauty. . In order to better adapt to the development of the market economy， the construction industry must be reformed in structure， and the new structural model design is constantly innovating. In this case， in order to better meet the innovation， functional requirements and structural safety of high-rise building styles， shear walls follow the trend.

【Key words】Building structure；Shear wall；Application

剪力墻，其結構具有抗側剛度大、側移小，且抗震性能超好的特點，在建筑結構設計的很多方面都得到了廣泛的運用，尤其是在高層建筑的結構設計方面。同時，在建筑結構設計中，因建筑形式及要求的迥異，對剪力墻的使用類型、布置位置和尺寸大小的要求也不盡相同，并且，目前在許多施工方面還沒有明確規定出如何進行正確的施工，因此，在設計和構造的過程中，設計人員除了要根據自身經驗做參考以外，還要遵循一定的構造建筑原則。本文現就根據對剪力墻結構和類型的概述，對其在整個建筑結構設計中的應用加以分析，以便建筑結構得到完善和優化，使建筑行業更好的發展，提高建筑施工的質量，保證居民的人身安全。

1. 剪力墻結構的概述及設計中的基本概念

剪力墻結構，是一種剪力墻體，即其建筑墻肢的截面高度與其厚度的比值在5～8范圍內；亦是用鋼筋混凝土板代替昔日建筑物中承受水平和豎向方向荷載作用的墻體。剪力墻雖有側移小、防震能力大、抗側剛度大、承重力強、使室內墻面平整等優點，在高層建筑中得到廣泛的使用，但是，高層建筑的墻體也不能完全只是用剪力墻，一方面是因為剪力墻造價高、施工程序復雜，另一方面則是過多的使用剪力墻會使建筑物的質量遭到損壞，從而影響建筑物的壽命。另外，在剪力墻結構設計過程中還要充分考慮其抗震能力，要準確把握好剪力墻墻體所承受的地震傾覆力矩與結構承受的地震力矩之間的比例關系。在剪力墻使用數量較少時，更要把這兩者之間的比例控制在一個合適的范圍內，通常會適當的減輕剪力墻墻體承受的傾覆力矩，同時把減輕的力矩控制在15～40范圍內。

2. 剪力墻結構的分類

剪力墻一般分為四類，其依據：剪力墻墻體是是否開洞或者是開洞尺寸的大小。

（1）實體墻。實體墻是一種有開洞或者沒開洞的墻體結構，但若開洞則是開洞面積小于15%。此剪力墻主要為曲型變形，形象地說像一個整體的懸壁墻，在墻肢高度彎矩圖上，既不存在彎點也不會發生突變。

（2）整體小開口的剪力墻。是指開洞面積在15%以內的墻體，其受力特點：雖會在連梁處發生突變，但墻體彎矩圖則不會產生彎點。

（3）雙指或多支剪力墻。即開洞面積過大或者墻體上的洞口成列狀分布。與整體小開口墻的受力特點相似。

（4）壁式框架剪力墻。是指墻體開洞尺寸較大，且其墻肢線上與墻體連梁線上的剛度接近。它的受力特點與其他剪力墻不一樣，它不僅彎矩圖會在樓層處發生突變，而且在建筑的大多數樓層內產生彎點。

3. 剪力墻結構在設計運用時的選取

剪力墻長度和寬度尺寸與其厚度相比比較大，根據構件設計的要求不同，使用的設計長度與厚度則不同。

（1）剪力墻結構的厚度。

相關規定指出，剪力墻底部加強厚度為一、二級抗震時最好大于200mm，且樓層高度不得小于其1/16，別的地方則不小于160mm。為了確保整體的連接并且達到減少墻體厚度的效果，在剪力墻結構設計過程中，要具體分析設計概念及要求，有效的控制墻肢軸壓比例。

（2）墻體長度。

剪力墻墻體高度即為墻體截面高度，其長度不應超過8m。確保剪力墻結構的延性是設計剪力墻結構的關鍵。若要是避免脆性的剪切破壞，可將剪力墻設計成高寬比大于2的細高剪力墻結構。但有時由于墻體本身長度很大，要想保證比值大于2，就可以采用開洞的方法將其變為均勻的連肢體墻，而其洞口采用約束彎矩比較小的弱連梁的效果較好。

4. 剪力墻結構的設計原則

在剪力墻的設計過程中，應根據規范的設計具體要求和考察，判斷選擇是否合理，切記不能盲目的采取設計手段。只有在設計是遵循一定的規范要求和原則，才能使剪力墻結構設計達到規范化、完整化和安全化。

（1）調整建筑物樓層之間的最小剪力系數的原則。

在建筑施工過程中，為了達到降低建筑物自身重量和增加建筑承受地震的能力的效果，應該在不超過規定系數范圍內盡量地減少剪力墻的使用數量，以便于把樓層的最小剪力系數控制在設計要求所規范的限制內。

（2）剪力墻連梁超限的調整原則。

此原則主要是要求在進行剪力墻的設計過程中，根據剪力墻結構設計標準，其連梁的跨高比值一般情況下要大于2.5.若其比值在2.5以下的話，容易出現墻體的彎矩和剪力值超出有關技術所規定的限值的狀況。另外，絕大部分剪力墻的連梁跨度會超出比值到5，此時就需用框架梁的方式來完成其連梁的建設。而對于超出比值在5～6范圍內時，要想確保其墻體不發生剛度不發生變化，則剪力墻的剪力或彎矩就會出現異常，超出其結構設計規定的要求。因此，在進行剪力墻結構設計時，對剪力墻連梁的超限進行調整，實現有效的對建筑工程投入的資金成本進行控制。

（3）建筑物樓層層高與層間最大位移之間的比例調整原則。

在對遭遇地震作用影響較多的建筑樓層進行最大彈性層間位移值規定和規范時，把以變形為主要形式的高層建筑排除在外，且計算其他建筑時可不扣除其整體的變形彎曲，而轉換為扭轉變形的計算。其中，豎向構件數量是控制剪切變形的決定性因素，但是，豎向構件不能過多使用，否則會引起結構的扭曲變形。因此，在對高層建筑驚喜結構設計是，應該盡可能的縮小扭轉變形。

5. 剪力墻結構設計在建筑行業結構設計中的應用分析

（1）剪力墻的平面布置。

在其平面布置中，應盡可能的依據對稱、均勻的原則，盡力使墻面結構本身的剛度和質量中心完全重合進行布局，從而達到較少扭矩的效果；而對內外剪力墻來說，則應盡量拉通、對直；在抗震設計要求情況下，剪力墻應避免僅采用單向有墻的布置形式；另外，還應控制剪力墻的抗側力剛度，來增加剪力墻的利用空間和承載能力；還應注意剪力墻的間距不應過密。

（2）約束邊緣構件處理。

剪力墻的邊緣構件大體上分為兩種，即無約束邊緣和有約束邊緣的構件，兩者相比較，則無約束邊緣的矩形截面積的極限承載力約降低40%，極限樓層位移角將減少一倍，對地震能量的消耗也會有所減少，并且會對墻板的穩定造成影響。由此可見，在構件設計選擇時，應嚴格根據不同級別和類型的剪力墻的相關軸壓比進行分析，從而選取相應的邊緣構件。

（3）剪力墻墻身鋼筋分析。

國家對剪力墻的水平和豎向分布筋的配筋率做出了相關的規定，比如，一二級抗震建筑物的設計應保證小于0.25%，而對于非抗震和四級抗震的設計不該低于0.2%。另外，這個配筋率在有關規范性文件中都有提到。

6. 結束語

綜上所述，為了滿足我國建筑行業及其施工科技技術完善的市場需求，雖然剪力墻構件設計已經得到了廣泛應用，但在實施建設施工過程中，我們還是應該依據其基本概念進行設計，并且重視和認真把握設計中應遵循的應用要求和調整原則，進一步的選取合理的剪力墻長度、寬度及厚度，使設計得到最佳效果。另外，設計人員還應進行不斷的學習和創新，只有兩者結合，才能保證建筑結構的穩定、經濟、安全，有效縮小工程成本，從而促使我國建筑行業將抗、和諧、可持續發展。

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[文章編號]1619-2737（2018）06-16-890