對建筑結構剪力墻設計的探討分析

顧楨垚 金弘

摘要：剪力墻（shear wall）又稱抗風墻或抗震墻、結構墻。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。本文詳細分析了剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用，以供參考。

關鍵詞：剪力墻；結構設計；抗震性；彎矩圖

建筑結構方面的設計一直都是一項相對復雜的系統化工程，隨著我們國家建筑行業的不斷發展，人們物質生活水平的不斷提高，對居住環境及工作環境提出了更高的要求，這樣，建筑企業能否保證建筑物的安全性和可靠性就成為競爭的重點所在。在建筑結構設計中，剪力墻結構具有良好的抗震性，而且抗側剛度很大，因此剪力墻結構被廣泛的應用在建筑結構的設計環節，特別是在一些高層建筑物中，剪力墻結構應用的更為廣泛。

一、剪力墻結構設計所遵循的基本原則

（1）調整連梁超限相關原則。在剪力墻結構設計中，一般來說，連梁的跨高比應該高于或等于2.5，而采用跨高比低于2.5的連梁，在設計過程中就容易造成剪力墻的彎矩現象，嚴重超出限值。在《高規》中對剪力墻的跨高比就有明確規定，對于跨高比高于或等于5的連梁，在結構設計環節，要以框架梁為依據，不能隨意折減其連梁的剛度。當跨高比處于5—6之間時，必須對連梁剛度進行折減，從而避免出現剪力超出限制或者連梁出現彎矩等現象。因此，在實際的建筑結構設計中，建筑企業必須合理利用該明文規定，不僅能夠有效增強建筑物的安全性和可靠性，還能節約建筑成本，為建筑企業帶來更多的經濟效益和社會效益。

（2）剪力墻結構有一個突出的特點就是其平面內剛度和承載力比較大，而平面外剛度和承載力相對較小。這樣，如果剪力墻和平面外的梁相互連接，墻肢平面外就容易出現彎矩現象，而且，在平常的設計中，并不會對平面外承載力和剛度進行驗算，因此，為了避免彎矩現象的發生，在結構設計時要盡量避免剪力墻與平面外的梁進行搭接，在無法避免的情況下也要嚴格按照相關規定采取相應的防范措施，保證剪力墻與平面外能夠搭接安全。

（3）在對剪力墻進行結構設計時，要以主軸方向作為中心，雙向甚至多向的向四周延伸，盡可能的將各個方向的剪力墻相互連接在一起，在連接過程中還要避免這些剪力墻出現拉通對直現象；在對剪力墻的抗震性進行結構設計時，應該使兩個方向的側向剛度盡可能接近，而對墻肢進行結構設計時，在符合規定的基礎上，操作要盡可能簡單易行。對于高層建筑來說，在進行剪力墻的結構設計時，要以主軸方向作為中心，雙向甚至多向的向四周延伸，尤其是在對墻肢的抗震性進行設計時，要盡量避免設計單方向有墻的模式，從而保證設計出的剪力墻能夠具有安全、可靠的工作性能。當然，剪力墻的分布不是隨意的，應保證數量相當、均勻。如果配置的剪力墻過多，會導致墻體得不到充分合理的利用，增大其抗側力剛度，進而增大震力及自身的重力，影響剪力墻的正常工作；如果配置的剪力墻過少，由于數量不足會導致墻體的抗側力剛度過小，同樣會增加剪力墻的正常性能。

二、剪力墻結構的種類及分類依據

目前，剪力墻結構被廣泛應用于建筑結構的設計中，種類主要有四類：

（1）有壁式框架的剪力墻。這種剪力墻的特點是洞口的尺寸比較大，墻肢線剛度與連梁線剛度非常接近，受力墻在受力后呈現剪切型，這種受力特點和框架結構非常相似。在高層建筑中采用這種剪力墻容易出現反彎點，在樓層處反彎圖也有可能發生突變。

（2）截面剪力墻或者實體墻。這里所說的截面剪力墻是指墻體不開洞或者所開洞的面積不超過15%。這種類型的剪力墻在受力后變形主要呈現為曲型，整體上看這種剪力墻像是一個懸壁墻，彎矩圖上不存在彎點，在樓層處的反彎圖中也不可能發生突變。

（3）雙肢或者多肢剪力墻。這一類型的剪力墻的特點是開口比較大，而且洞口一般成列分布。

（4）整體小開口剪力墻。這一類型的剪力墻開口普遍較小，但是開洞的面積比較大，一般不低于15%。整個剪力墻在受力后主要的變形方式是彎曲型，在整個墻肢上幾乎沒有反彎點，但在彎矩圖的中心位置容易發生突變。

三、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的具體應用

1、對大墻肢的處理

在建筑結構設計中，剪力墻的結構首先要具有延展性，一些寬高比小于2的剪力墻在設計過程中就會變成具有延性、易于彎曲破壞的剪力墻，從而避免剪力墻受到脆性剪切毀壞。當剪力墻的長度較長時，為了保證每個墻段的寬高比都能不小于2，可以對長墻進行開洞分割，使長墻被均勻的分為符合條件的獨立墻段，這樣形成的墻段比較小，受彎所能產生的裂縫的寬度也會比較小，這樣就能保證墻體配筋發揮其良好的支撐作用。在剪力墻結構設計中，當出現一些長度超過8米的大墻肢時，在計算整個樓層的剪力時一般都是由這些大墻肢來承載這些力量，這樣當發生強烈震動例如地震時，這些大墻肢最先受到破壞，那些較小的墻肢由于沒有充足的配筋來支撐墻面，從而導致墻面受到全面的破壞。針對這種問題，在對剪力墻進行結構設計時，對哪些長度大于8米的墻肢，根據實際情況開施工洞（即在具體的施工過程中，在剪力墻上留下洞，當施工結束后再將這些洞填充好，這樣就能將大墻肢分成比較小的墻肢）和開計算洞（即在對剪力墻進行結構計算時設置計算洞，施工時仍然設置為混凝土墻，這樣就能強化那些較小墻肢的配筋性能）。

2、合理的平面布置

①在對剪力墻進行結構設計時，應盡量使沿著主軸方向或者其他方向展開雙向或多向布置；②在對剪力墻的平面進行布置時，應該嚴格按照均勻、對稱的原則，盡可能的將墻面結構中的剛度中心和質量中心重合在一起，不管是內剪力墻還是外剪力墻都應該盡量的對直拉通，從而有效減少剪力墻的扭矩現象；③在設計過程中抗側力剛度不應該設計的太大。在對剪力墻進行結構設計時，為了使剪力墻的抗側力剛度和承載能力得到充分發揮，增強剪力墻的空間利用率，剪力墻之間的距離不應太密，要保證設計結構的側向剛度合適，在設計時可以以經驗公式（T=（0.05-0.06）n）來進行計算。

結語

綜上所述，隨著我國經濟的持續快速發展，對建筑行業的建筑安全性和可靠性提出了更高的要求，剪力墻結構因其自身的優越性被廣泛的應用于建筑的結構設計中。但在實際的應用過程中，由于缺少相應的明文規定，對剪力墻的應用還不是很規范，為了更好的在建筑結構中發揮剪力墻結構的工作性能，在應用過程中，必須掌握剪力墻結構在設計中所要遵循的原則，并在實際的設計過程中，合理的布置剪力墻的平面，堅持均勻、對稱的原則，對內外剪力墻之間不同的抗震性和抗側力剛度考慮全面，同時，還要正確處理大墻肢，盡量增強較小墻肢的配筋，使剪力墻的受力均勻，減小大墻肢的承載壓力，全面提高剪力墻的承載能力和抗震性能，通過采取這些合理的措施，有效的將剪力墻合理的應用于建筑結構的設計環節中，增強建筑物的安全性和可靠性，不僅能夠為人民的生命財產安全提供基本保障，還能為建筑企業帶來更多的經濟效益和社會效益，促進我國經濟的持續健康發展。

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