建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用

馬 麗

甘肅省工業與民用建筑設計院有限公司

1 引言

剪力墻結構作為目前建筑工程結構設計中較常使用的形式，具有抗側剛度大、抗震性好等特征，尤其是對于現階段的高層建筑來說，剪力墻結構的運用能夠確保建筑的穩定性和安全性，提高建筑的實用價值。本文就重點對建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用加以說明，希望可改善建筑結構設計水平，豐富建筑實用性能。

2 剪力墻結構的基本概念及優勢

2.1 概念

建筑結構設計中的剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，承受著豎向壓力和其平面作用下的水平剪力的雙重力量。剪力墻的寬度和高度較大，但厚度相對較小，這使得剪力墻具備幾何特性以及不同于其他結構的受力特征。由于剪力墻厚度較小，相當于板的厚度，所以如果單獨使用，在地震災害下，很容易因剛度不足引起結構變形、斷裂等問題。所以在設計過程中，除要考慮增大剪力墻剛度外，還需對彈性變形能力和抗震性進行綜合分析，合理設計結構種類和規模，確保結構的穩定性、安全性。通常情況下，剪力墻結構設計以延性彎曲型為主。

2.2 優勢

建筑工程設計中，采用剪力墻結構具有十分顯著的優勢。首先，剪力墻結構具有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，比框架結構具有更好地抗側能力，因此，剪力墻結構可建造較高的建筑物。其次，剪力墻墻體布置無凸出，剪力墻結構的樓蓋一般采用現澆鋼筋混凝土樓板，樓板周邊不設明梁，所以空間利用比較好，可節約層高。最后，剪力墻的抗震性能好，用鋼量小，可大量的適用于開間較小的住宅、公寓、旅館項目。

2.3 優勢

建筑結構設計中，剪力墻的應用優勢可概括為以下幾點：一是承載能力好，能夠確保結構空間的完整性。相比于框架結構，剪力墻還具有較好的抗側性，可保證高層建筑的質量和安全。二是剪力墻結構的樓蓋多以現澆混凝土鋼筋為主，周邊不會設計明梁，結構完整性得以保障，避免過于突兀。三是降低鋼材應用量，優化建筑抗震性能，在一些商業建筑中也得到了廣泛應用。下面為剪力墻結構實例圖。

圖1 剪力墻結構

3 建筑設計剪力墻結構設計的應用策略

建筑設計中剪力墻結構設計尤為關鍵，在設計的過程中需全方位考慮工程設計和建設的基本要求。為此，設計人員務必做好細節的把控和處理，如剪力墻的合理布置、剪力墻墻肢長度的確定、厚度確定，連續梁類型、配筋及邊緣構件設計等。下面將作具體論述。

3.1 剪力墻的規劃布置

在剪力墻結構設計中，需要參照空間特點展開合理布局，一般情況下，如果是高層建筑，會采用雙向剪力墻結構，確保兩側剪力墻剛度的均衡性，減少水平位移的產生，避免剪力墻在外界荷載作用下出現扭轉，提高建筑結構的穩定性。剪力墻的水平地震作用力較大，自振周期短，結構本身穩定性很容易受到影響。所以在設計過程中，需考慮到力的平衡，可通過減小剪力墻厚度，或者增加剪力墻之間的間距，來降低水平地震作用力帶來的影響，防止位移、斷裂等問題的出現。同時上述操作也能夠降低剪力墻自重，削弱建筑結構承擔荷載。如果剪力墻設計中存在較大洞口，洞口位置要保證在一條線上。考慮到墻體結構受力情況，應展開應力的科學劃分，確保兩者均衡性、對稱性。底部結構如果設置框架支撐層，落地剪力墻的數量要在上部剪力墻數量的一半以上。剪力墻設計中，需充分考慮抗震性能要求，避免樓板平面等結構因變形發生危險。

3.2 確定剪力墻墻肢長度

確定剪力墻墻肢長度時，首先應考慮滿足建筑功能的要求，其次是剪力墻墻肢長度不能太長也不能太短，確定原則是，盡可能布置長墻，少布置短墻。當墻肢長度很長時，受彎后產生的裂縫寬度會較大，墻體的配筋容易拉斷，因此墻段的長度不應過大，墻肢長度宜控制在8m以內；當墻肢長度很短時，可能形成短肢剪力墻，短支剪力墻的出現可能會導致多樓層出現反彎點，受力發生改變，逐漸接近異形柱的狀態，抗震性能較差。所以為保障建筑的安全性，不會將其應用在地震區域內，且不得采用全短肢的剪力墻的結構。

3.3 確定剪力墻結構的厚度

按照現有規范要求可知，在抗震等級在一二級時，底部加強部位的剪力墻厚度要控制在200mm以上，長度要求在層高或無支長度的十六分之一，當抗震等級為三、四級時墻厚不應小于160，且不宜小于層高或無支長度的1/20。其他部位的剪力墻厚度，當抗震等級為一、二級時墻厚不應小于160mm，且不宜小于層高或無支長度的1/20，當抗震等級為三、四級時墻厚應在140mm以上，長度在層高或無支長度的二十五分之一。之所以這樣規定，是為避免因剪力墻厚度過小，剛度不足，導致結構穩定性減弱，產生壓屈失穩情況。

不過這一規范也存在特例，對于八級地震區的多層或地層剪力墻結構建筑來說，上述規定可能會存在較大偏差。如10層以下的剪力墻結構，在重力荷載作用下，墻肢壓軸相對較低，墻柱結構只能進行構造配筋，但為保證底部結構的質量，按照層高要求，剪力墻厚度一般設定在240mm，已經超出規范標準要。所以在設計過程中，需要在規定基礎上，根據實際情況加以綜合分析，以確保剪力墻厚度設計的合理性。

3.4 剪力墻連續梁方案

連續梁指的是剪力墻中連接墻肢結構的梁，具有跨高比小、連接墻肢剛度大等特點。連續梁除起到連接作用外，還具有較為明顯的支撐作用，能夠有效抵抗地震荷載、風荷載帶來的影響，一旦連續梁結構出現問題，建筑結構也將受到較大影響。所以在設計中需結合實際情況，合理設計連續梁施工方案，增大其剛度，保障結構的穩定性。在工程實際設計中，剪力墻連續梁的設計宜按“強墻肢弱連續梁”原則進行抗震設計，為了提高連續梁的延性，通常情況是對于跨高比較小的連續梁內宜設置交叉斜筋，交叉斜筋的走向與主拉應力的走向一致，目的是抵抗彎剪作用下主拉應力的變化，從而控制應力變化產生的裂縫問題。另外，交叉斜筋的延性、耗能和抗震性能，相較于傳統配筋連續梁具有更大優勢，在提高剪力墻結構質量，增強建筑結構整體性和穩定性上起到了顯著作用。

3.5 剪力墻墻體配筋的合理設置

在剪力墻結構中鋼筋使用量較大，因此合理配置剪力墻鋼筋是結構設計人員應該考慮的重要問題之一，通常情況下，墻體配筋是根據結構計算得來的，但部分墻配筋是按照規范規定確定的，在剪力墻墻身配筋過程中建議在滿足結構計算的前提下，將墻體的水平、豎向分布鋼筋分別按墻體的外側、內側進行配筋設計，這樣既滿足墻體承載力的要求，又能降低鋼材的用量，從而實現節約鋼筋材料的目的。

3.6 合理確定剪力墻結構邊緣構件

剪力墻布置完成后合理確定剪力墻邊緣構件顯得尤為重要。設置剪力墻邊緣構件目的是為了增加墻體的延性，增大耗能能力，從而進一步降低其他結構構件的抗震需求。剪力墻邊緣構件一般指的是剪力墻中的暗柱或者端柱，暗柱一般位于墻肢平面的端部、轉角以及剪力墻開較大洞口后洞口兩邊位置。在剪力墻中設置邊緣構件，既可提高墻體的承載力，又能提高墻體的延性。

圖2

4 結束語

總之，建筑結構的設計質量，與房屋建筑結構整體的安全性和穩定性具有直接關聯。建筑結構設計人員為了能夠提升設計的安全性與科學性，在充分應用剪力墻結構進行設計，在保證設計質量的基礎上，充分考慮人們對建筑結構設計提出的實際需求，進而為人們設計出更加舒適、美觀的建筑空間。