建筑結構設計中剪力墻設計的探討

王鵬　楊陽

摘 要：隨著我國建筑業的不斷發展，對建筑設計有了更高要求。人們的物質需求得到滿足之后對于建筑物的多樣化需求也在增加，建筑結構變得越來越復雜。本文對建筑結構設計中關于剪力墻部分的設計進行剖析，先介紹了剪力墻的定義和分類，進而對剪力墻的設計原則以及優化措施進行了探討，希望能給相關設計人員提供一些參考。

關鍵詞：建筑結構；剪力墻設計；應用分析

當前，在高層建筑物的不斷增多下，建筑結構的樣式、結構安全性、功能性被提出了更高的要求。在這種環境下，剪力墻結構的運用優勢便得到了充分的彰顯。為了滿足人們對于建筑物的功能要求，提高建筑物的整體質量，就需要對剪力墻的設計原則、注意事項進行分析，并提高剪力墻結構的技術水平，為高層建筑物創新發展提供基礎保障。隨著城市化進程的加快，人地矛盾日益突出，高層建筑的出現極大了緩解了這一現狀，而剪力墻結構作為高層建筑的主要結構，其設計水平直接關系著高層建筑的質量和功能發揮。建筑結構設計人員必須在對設計原則進行全面把控的前提下，完善剪力墻設計技術，提高剪力墻結構質量，本文將對剪力墻結構設計工作做詳細的研究。

1 剪力墻結構的基本定義

根據受力特點的不同，高層結構中墻體可以分為填充墻、承重墻和剪力墻，填充墻主要起到建筑功能分割的作用，承重墻主要是承受豎向的荷載，而剪力墻主要是承受水平荷載，而水平荷載主要來自于地震作用力，因此剪力墻又稱抗風墻或抗震墻，其結構有抗側剛度大的特點，以及側移較小、抗震性能良好的優秀特點。房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體，防止結構剪切（受剪）破壞。剪力墻分為平面和筒體兩種，平面剪力墻主要用于鋼筋混凝土框架結構、升板結構、無梁樓蓋體系，整體性好。筒體剪力墻主要用于高層建筑、高聳結構和懸吊結構中，在剛度及強度方面有明顯優勢。按照結構材料的不同又可以分為鋼板剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻和配筋砌塊剪力墻三種，其中鋼筋混凝土剪力墻最為常見。

2 剪力墻結構設計的分類

根據剪力墻上的洞口開設情況以及墻體和開口之間的排列方式，將整個剪力墻結構分為四種類型，不同類型的剪力墻也因其截面應力分布的不同被用于不同結構特點的建筑類型。

2.1 整體剪力墻

沒有洞口或者是整個門窗洞口的總面積之和小于剪力墻側面積15%的墻體，被稱之為整體剪力墻，這類剪力墻的受力特點類似于整體的懸臂墻，相當于下端被固定但上端自由的豎向懸臂構件，整個截面的正應力在建筑水平荷載的作用下多呈現出直線分布的態勢。彎矩圖在整個墻肢的高度上一般不會產生彎點，突變情況更是較少產生。

2.2 整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻，是基于整體剪力墻的概念所出現的，這類剪力墻往往雖然具有較小的開口，但總體上看來，整個門窗洞口的總面積之和往往大于剪力墻側面積15%。因此，在變形及受力曲線圖上，這類剪力墻往往變為彎曲形。整個正應力分布在建筑水平荷載的作用下近似呈直線分布，可認為是局部彎曲應力和整體墻彎曲應力的部分疊加。此外，雖然這類剪力墻的彎矩圖，一般不會在整個墻肢的高度基礎上出現彎曲點，但由于開口面積較大，故彎矩圖的幾點主要位置上可能產生突變。

2.3 雙肢及多肢剪力墻

雙肢及多肢剪力墻，指的是整個墻面開有一列或是多個成列分布的洞口的剪力墻，雖然這類墻體所開洞口的尺寸較大，由于其受力情況與整體小開口剪力墻類似，故相關的概念及彎矩圖也不存在較大差異。但從連梁對墻肢的約束作用來看，由于整個墻體的整體結構會因為過多開設的洞口而產生破壞，故墻肢局部會出現較大的彎曲現象，如果洞口開設過多，很有可能正應力分布的曲線圖完全偏離直線分布。

2.4 壁式框架剪力墻

壁式框架多用于高層建筑中，其開設的洞口數量較多且尺寸較大，整個墻肢寬度相對于洞口而言顯得較小，就線剛度而言，墻肢和連梁的差異性并不大。顧名思義，這類剪力墻的受力分析與框架結構極其相似，在正應力分布中，墻肢截面往往會出現局部彎矩，在很多樓層的內墻肢中也會出現反彎點。

3 剪力墻設計原則

3.1 避免墻肢平面外彎矩

剪力墻的平面外承載力和剛度較小，而對平面內承載力和剛度較大，因此在平面外方向相關的梁和剪力墻一起連接作用時，則會發生墻肢平面外有不同程度的彎矩，要盡可能的避免。

3.2 連梁超限調整

一般情況下剪力墻的連梁跨高比基本上都高于2.5，如果跨高比小于2.5的話，連梁就會很容易出現彎矩現象，并且剪力就會超過規范限值。而在相關規定中，跨高比要高于5的情況下，也應按照相應的框架梁施工結構設計，也就是說不折減梁剛度，也很容易發生彎矩，或者是剪力超過限值的情況。如果在實際的工作和施工中，能夠多加注意這一點，就會對建筑工程的造價起到節省成本的重要意義。

3.3 規則性

在剪力墻的設計及使用過程中，保持規則性是十分重要的。以高層建筑為例，剪力墻的平面布置應當沿著建筑的兩個主軸方向雙向布置，并且兩個主軸方向的剪力墻的側向剛度不應出現較大差異，從而避免建筑產生側向位移。在抗震結構建筑的設計中，簡單規則的剪力墻設計尤為重要，相關的建筑設計人員應當盡可能考慮避免單向有墻的情況發生，從而保證地震發生時建筑體不會因剪力墻倒塌產生嚴重變形。如果整個建筑平面為三角形、圓形或是多邊形時，為了避免單向有墻，整個剪力墻結構可以按照環向和徑向布置，如果遇到轉折或稍有錯開時，設計時可按照一道剪力墻的模式來考慮。

3.4 簡化抗震設計

對于主體結構布置情況相對比較簡單的建筑物來說，在對剪力墻結構進行設計時，可以通過空間協同平面框架的應用對其進行計算。對主體結構布置情況較為復雜的建筑工程，則需要通過空間分析程序對其位移及內力等因素進行分析。同時，在實際設計過程中，要堅持簡化計算的原則開展設計工作，且在對底盤長寬進行計算時需要能夠在結合建筑主體結構長寬的基礎上對其開展分析工作，并盡可能地以成比例的方式進行設計。

4 優化建筑結構設計中剪力墻結構設計

4.1 剪力墻連梁設計

隨著人們對建筑要求越來越高，剪力墻連梁設計也由于其能夠保證結構的剛度和減小建筑側移的優點，在建筑結構設計中彰顯出重要價值。結構設計中，連梁的設計常受多因素制約，一方面，梁的內力和結構抗側力剛度需要考慮相連的剪力墻的墻肢剛度，如果在設計過程中，連梁跨高比過小，其往往會在反復荷載作用下產生斜裂縫，進而發生剪切破壞。因此，相關的建筑結構設計師需要對剪力墻連梁問題進行詳盡處理。可考慮采用跨高比偏大的連梁，使其不過早地發生剪切破壞，保障連梁的可延性。同時，在設計過程中，應當進行內力分析，并對連梁剛力進行折減計算，從而降低連梁發生剪切破壞的概率。

4.2 墻肢平面外彎矩

當框架梁或次梁與剪力墻平面外相交時，剪力墻與梁連接處可能會因為剛度突變造成墻肢平面外彎矩，這也是剪力墻結構設計過程中較常出現的問題。因此，建筑設計人員可沿梁軸線的方向設置一定長度的剪力墻與梁相連，或是在整個梁與墻的連接處設置一定數量的扶壁柱和暗柱等相關設施，從而對墻肢平面外彎矩這一現象加以改善。

5 結語

綜上所述，我國的建筑工程越來越趨向于高層化，剪力墻結構作為高層建筑的主要結構，建筑企業必須對其設計水平進行有效提升。結構設計人員在進行剪力墻結構設計時，要積極采用先進手段，結合工程實際加以運用，保持嚴謹的態度和靈活的思維，對設計過程中出現的問題及時進行解決，保證剪力墻結構的設計質量，推動我國建筑行業的發展進步。

參考文獻

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