建筑結構設計中剪力墻結構設計方法及應用初探

王丹　盧林濤　牛新朋

摘要：如今，我國經濟快速發展、技術水平不斷提高，建筑事業的發展也在突飛猛進。作為我國重要的支柱性產業，建筑行業在近年的結構設計中，普遍采用剪力墻結構，這和剪力墻結構較好的抗震性和抗側剛度大的特點是密不可分的。文章對剪力墻結構設計方法及建筑結構設計的應用進行了分析，保障了建筑結構中剪力墻的正確使用。

關鍵詞：剪力墻；結構設計；應用分析

剪力墻在建筑中具有結構剛度大、整體好、抗震性強等優點，從而被廣泛應用到建筑結構設計中。剪力墻在應用中具有眾多優點，得到了開發商和業主的普遍青睞。在應用中，要仔細分析剪力墻的優缺點，以提高剪力墻結構的綜合利用率，更好的促進建筑事業的發展。

1.剪力墻結構設計中的基本概念及其分類

1.1剪力墻結構的基本概念。剪力墻高和寬尺寸都比較大，但其厚度卻非常小，這就決定了剪力墻的幾何特征和受力形態。其幾何特征類似于板，但受力形態卻和柱子驚人的相似，在比值上與柱子有一定的區別。在剪力墻的結構中，墻是一個平面結構，承受著豎向壓力和其平面作用下的水平剪力的雙重力量。在地震作用和風載下剪力墻僅滿足剛度強度是遠遠不夠的，還必須滿足非彈性形變反復循環下的延性、能量消耗和控制結構斷裂而不倒的要求。所以，在剪力墻的設計中要求將其設計成延性彎曲型。

1.2剪力墻結構的分類。剪力墻結構主要可以分為四類，而分類的依據則是剪力墻是否開洞和其開洞的大小。（1）實體墻或者截面剪力墻不開洞或者開洞的面積小于15%，這種剪力墻就會變成曲型，其就像一個整體的懸壁墻，在整個墻肢的高度上，彎矩圖既沒有彎點，也不會發生突變；（2）整體小開口剪力墻。雖然這種剪力墻的開口比較小，但是開洞面積已經大于15%。整個剪力墻的變形主要為彎曲型，但是整個墻肢的高度基本上沒有反彎點，彎矩圖的主要位置發生了突變；（3）雙肢或多肢剪力墻。這種剪力墻一般開口較大，或者其洞口成列分布。雖然在開口上與整體小開口剪力墻不同，但是受力特點卻十分類似；（4）壁式框架。這種剪力墻洞口尺寸很大，連梁線剛度和墻肢線的剛度比較接近，整個受力墻的變形為剪切型，受力特點與框架結構類似。壁式框架在大多數高層建筑的樓層中會出現反彎點，彎矩圖在樓層的地方也會產生突變。

2.剪力墻結構設計的方法

剪力墻長度和寬的尺寸比較大，但是其厚度比較小。根據其設計的長度和厚度的比值可以將其按照柱形和雙向受壓構件設計。

2.1剪力墻結構厚度的選取。抗震規范6.4.1條有明確規定，剪力墻底部加強墻厚一、二級抗震等級最好大于200mm，而且不得低于樓層高度的1/16，其它地方則不得小于160mm。在剪力墻結構設計中，遇到特殊情況的建筑物應該采取概念設計分析，有效控制墻肢軸壓的比值，確保整體的連結從而達到減少墻厚度的效果。

2.2墻肢長度的選取。剪力墻墻肢截面的高度就是剪力墻墻肢的長度，這個長度一般不應超過8m。在剪力墻結構設計中應確保剪力墻結構的延性，為了避免脆性的剪切破壞，可以將高寬比大于2的細高剪力墻設計成彎曲破壞的延性剪力墻。但有的墻體長度很長，為了確保墻體的高寬比值大于2，就要開設洞口，將長墻分成均勻、長度較小的連肢墻，而其洞口則最好采用約束彎矩比較小的弱連梁。

3.剪力墻結構設計計算的原則

在剪力墻的設計過程中，不能盲目地采取手段，應該根據設計規范具體考察結構的設計是否合理。在進行設計時，在技術層面上應遵循一些原則，這樣才能促進剪力墻結構設計的規范化、合理化。

3.1樓層之間最小剪力系數的調整原則。為了減輕結構的自重，避免地震的發生，在建筑過程中可以減少布置剪力墻，但是要求短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩的比值不超過40%，可以采取大開間剪力墻，使其結構擁有更好的側向剛度，確保樓層最小剪力系數不小于規范限值，這樣可以大大減少工程造價。

3.2樓層層間最大位移與層高之比的調整原則。對于普通的建筑，設計重點是樓層之間的扭轉變形和剪切變形。剪切變形的控制大多以豎向構件的多少來衡量，如果豎向構件數量很多，就會造成剪重比偏大，造成設計不合理，導致扭轉變形過大，同樣不能有效滿足樓層間位移的需要。所以，在建筑物中應盡量避免扭轉變形，而不能僅靠增加豎向構件的剛度來調整樓層之間的位移。

3.3剪力墻連梁超限的調整原則。剪力墻跨高比小于2.5的連梁比較容易出現剪力和彎矩超過規定限度的情況，因此一般規定剪力墻連梁的跨高比最好大于2.5.跨高比大于5的連梁最好按照框架梁來設計，而跨高比在5-6之間，連梁剛度不減的情況下，會出現剪力或彎矩超出規定限度。所以在剪力墻結構設計過程中應該充分利用連梁超限的調整原則，這樣回大大節省工程造價，能有效的節約工程的投資。

4.認真分析剪力墻結構體系特點，采取有效措施優化結構設計

4.1剪力墻結構體系特點。剪力墻作為建筑結構中不可或缺的構件，逐漸被人們發現了不足之處，其具有承載力和平面內剛度大的優勢，但剪切變形相對來說較大，且平面外較薄弱，加上開動后剪力墻形式復雜多變，受力非常繁瑣。剪力墻的抗剪、抗彎以及抗側剛度都比較大，在地震作用下，可以吸收地震的能量，減小地震力對建筑結構的破壞性。所以，使用剪力墻結構的建筑質量更高，出現安全的事故的概率也更低。剪力墻結構設計比較復雜，而且施工成本較高；剪力墻的高度一般比普通墻面要高很多，墻體相比較為平整，外形更加美觀。剪力墻的類型很多，不同的施工要求以及施工場地對剪力墻的結構有著不同的選擇，為了提高施工的質量，設計人員需要先實地考察，這樣也有助于設計出科學、合理的建筑。剪力墻在建筑中數量不宜過多，否則會影響建筑的整體結構以及布置的合理性。在設計剪力墻結構時，要考慮到不同墻面的承重能力不同，這樣才能充分顯現剪力墻的作用與價值。

4.2剪力墻優化設計的有效措施。在優化剪力墻結構的設計中，為了使受力達到均衡，應當采取有效的措施。剪力墻結構的安全可靠度非常高，每一個結構能夠同時發揮最大作用，這樣能夠使設計達到經濟合理。所以在剪力墻的優化設計中首先應該考慮到工程的造價和安全性，結合這兩項因素對剪力墻的布置進行合理的調整，這樣能夠促進建筑結構設計中剪力墻結構的優化。另外，為了節省工程造價，可以從技術手段和原材料的應用這兩方面入手。

5.結語

剪力墻結構在民用建筑中應用廣泛，對剪力墻結構設計進行有效分析的過程中，我們應該重視剪力墻結構基本概念的設計，認真把握設計中遵守的各項原則，合理選用剪力墻結構的長度和寬度，使設計達到最優效果。只有這樣才能保證建筑結構經濟安全，有效減少工程費用，促進整個工程建設的持續穩定發展。