剪力墻結構設計

孟慶福　劉磊

摘 要：針對人們不斷增長的物質文化需求，和現階段在我國土地資源緊張的現狀，高層建筑在蓬勃發展的同時也朝著功能用途多元化發展。在高層建筑的結構設計過程中首先要考慮的就是建筑物的豎向傳力問題。剪力墻結構良好的抵抗側向力和承受傳遞豎向荷載的優點使它成為高層建筑的主要結構形式。

關鍵詞：剪力墻；結構設計

剪力墻結構是以人們對建筑功能和質量的要求越來越多的背景下產生的。在建筑中采用剪力墻結構可以達到對建筑結構的優化，剪力墻結構在實際施工中不僅抗側剛度大，提高建筑的抗震能力而且對鋼材的用量也會減少。隨著剪力墻在我國的建筑結構中的地位的不斷提升，對剪力墻結構的探討也越來越有實際意義。

1 剪力墻結構概述

1.1 剪力墻結構簡介

高層建筑混凝土結構可采用框架、剪力墻、框架-剪力墻、板柱-剪力墻和筒體結構等結構體系，不同的結構有不同的優缺點，被應用于不同的建筑當中。

剪力墻結構是由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結構，“剪力墻（shearwall）”，在現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011中稱抗震墻。

1.2 剪力墻結構的分類

剪力墻結構的分類依據是剪力墻墻體上的開洞以及開洞的尺寸等。其中，不開洞的為實體墻，開洞的又根據洞的具體情況分為小開口剪力墻、多肢剪力墻、壁式框架剪力墻。

實體墻是指截面墻體沒有開洞或者開洞面積小于墻體面積的15%。實體墻的承載力比較強，在受力變形時主要變形是曲型，畫彎矩圖時既不會發生反彎也不會產生突變。

整體上小開口的剪力墻是指在墻體的開洞面積不超過15%。小開口剪力墻的變形主要是彎曲形變，在畫彎矩圖時雖然不會有反彎的情況但是可能發生突變。

多肢剪力墻是指墻體的開洞面積過大或者開洞洞口在墻體上成列狀分布。在受力時彎矩圖的變化和整體上小開口剪力墻類似。

壁式框架剪力墻是指在墻體上開洞尺寸較大并且墻肢線上的廣度和墻體的連梁線剛度相差不多。這種墻體的變形為剪切變形，受力特點和框架結構類似。

2 剪力墻結構的優缺點

剪力墻結構針對不同的建筑類型，施工方法也是不同的。比如居住性建筑，由于臥室和客房等房間面積都不太大，因此剪力墻結構采用現澆剪力墻。采用這種承重墻與隔墻合二為一的施工形式不僅僅可以使室內框架結構簡潔而且更加具有經濟效益。但是剪力墻結構仍然有一定的缺點，仍然以高層居住建筑為例。鋼筋混凝土墻體的自重本身就會加大建筑的荷載，在居住建筑中墻體的數量繁多因而對于地基的要求更加嚴格，也容易引起較大的地震反應，因此會加大地基的造價和上部結構抗震的造價。在剪力墻結構的設計中往往采用構造配筋的配筋形式，這樣的設計鋼筋的配筋率較低，結構的延性較差。

歷年以來有關建筑物的剛度大小爭議不斷，但歷次的震害表明建筑的剛性越大震害越輕。但剛度越大，造價越高，因此建筑的剛度不能無限制的增大。在高層剪力墻的結構設計中，要充分考慮剪力墻結構的優點和缺點，進而在控制造價的前提之下保證工程的質量。

3 剪力墻結構的設計原則

在設計剪力墻結構時要考慮三個原則：樓層之間最小剪力系數調整原則；樓層之間最大位移與樓層高之間的比例調整原則；剪力墻連梁超限調整原則。

在結構設計過程中要遵守樓層之間最小剪力系數調整原則。在設計時首先在保證安全的前提之下控制剪力墻的數量，進而降低建筑物的自重，增強建筑物的抗震能力。一般來說要保證第一振型底部地震傾覆力矩占總底部同類力矩的40%以內。其次，可以對剪力墻的墻體進行處理，一般采用大開間的處理形式。通過這種處理，使剪力墻結構的側向剛度得到增加，并且控制樓層之間的最小剪力系數，因而降低工程造價，減少建筑成本。

在結構設計中要遵守層之間最大位移與樓層高之間的比例調整原則。設計時要重點考慮樓層之間的剪切變形和扭轉變形。在進行剪切變形處理時要合理設計剪力墻結構，一般而言建筑的剪切變形是通過豎向受力構件的數量來控制的，剪力墻結構設計不合理會導致樓層之間發生扭轉變形。針對這種情況，在設計時既要考慮剪切變形還要注意扭轉變形以及由于這些變形引起的樓層之間的位移變化。這些可能發生的問題都要求設計人員在設計過程中層之間最大位移與樓層高之間的比例調整原則。

在剪力墻結構設計中要遵守剪力墻連梁超限調整原則。當剪力墻的跨高比不足2.5就可能出現剪力和彎矩不符合規定限度的現象。因而在實際設計過程中要盡可能保證這個比例大于2.5。值得注意的是，這個比例并不是越大越好，針對不同的構件有不同的規定。比如在保證剪力墻的連梁高度不變的前提之下當剪力墻連梁的跨高比介于5到6時就會出現超過規定的限度的彎矩剪力值的現象。因此在實際的設計中如果需要大于5的跨高比就要采用框架梁的方法進行結構設計。在設計過程中保證連梁在規定的范圍內，不僅僅可以保證施工質量還可以控制建筑成本。

4 設計中需考慮的要點

在設計中要考慮剪力墻的數量、剪力墻的平面布置方法和其他因素。

剪力墻的數量并不是越多越好，而是要根據建筑等級和要求合理設定，否則不僅僅造成資源浪費還會增加建筑自重。剪力墻的平面布置方法也是設計時需要考慮的，不合理的設計會降低剪力墻的抗震能力。在設計時還要考慮工程造價等因素，進而在預算范圍內設計出符合安全保障的剪力墻結構。

5 結 語

剪力墻結構對促進我國的建筑結構的優化發展有重要意義。因此在實際的結構設計過程中，設計人員要根據建筑類型，建筑用途，建筑基礎情況對剪力墻結構進行合理設計。在設計過程中充分考慮采用剪力墻結構的優缺點以及設計原則，不斷探索新的設計施工工藝，進而彌補剪力墻的缺點，使整個建筑的質量更好，成本更低，施工更方便。

參考文獻

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