論剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

王 俊 飛

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽泉 045000)

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論剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

王 俊 飛

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽泉 045000)

闡述了剪力墻結構的定義、特點、種類及其布置方式，從剪力墻位置選取、墻肢長度確定、梁板布置等方面，總結出剪力墻設計應遵循的原則和設計要點，并分析了剪力墻結構在建筑結構設計中的具體應用，有助于提高我國的建筑工程設計水平。

剪力墻，設計原則，建筑結構

1 剪力墻結構概述

1.1 剪力墻結構的定義和特點

剪力墻結構是應用范圍較廣的承重體系，是縱向與橫向的鋼筋混凝土墻的結合，因能承受水平方向與豎直方向的力而得名，同時還能制約建筑在水平方向上產生的力。剪力墻由鋼筋混凝土墻體構成，它的產生是建筑結構的一種革新，用鋼筋混凝土墻體代替最初起承重作用的梁柱來承擔荷載以及荷載自身產生的力。剪力墻結構在高層建筑中應用的十分廣泛，發展至今已經成為一種十分常見的結構體系。

剪力墻結構的優點：剪力墻結構具有較好的穩定性和整體性，能夠提高建筑物的承載能力；側向剛度較大，對建筑物水平方向的荷載有較好的限制作用，適合高層建筑；無外露梁柱和構件，不會影響建筑內部空間美觀和功能的分布。

剪力墻結構的缺點：剪力墻雖然穩定性好，承載力佳，但對建筑的類別限制較大，因其承重原理是靠墻體和樓板形成的受力系統，且一旦建成就不易拆除，在空間上更是宜小不宜大，所以對于住宅和賓館等空間間隔不大的居住類建筑，比較適用剪力墻結構；除此之外，剪力墻對鋼材的消耗也較大，在經濟性上不具備優勢。

總的來說，剪力墻結構整體性好，水平荷載作用下側向變形小，剛度好，但空間布局不夠靈活。

1.2 剪力墻種類

許多剪力墻為滿足功能和使用要求，要在墻體上設置洞口，這就會影響到剪力墻的承載力，因此，剪力墻結構以此為分類依據，主要有：

1)實體墻。

當剪力墻上沒有洞口或所開的洞口在墻體面積15%的范圍內時，對該墻體的荷載承受能力影響較小，仍具有較好的穩定性，不會有異常情況發生，屬于實體墻。

2)小開口整體剪力墻。

當剪力墻上所開的洞口面積超過整面墻體面積的15%時，從受力圖中能看出本應在洞口處呈直線狀的正應力已經變成在洞口兩側，此種情形雖然不會使剪力墻產生異常情況，但是在連梁處有反彎現象。

3)聯肢剪力墻。

在傳統課堂教學中，大部分老師習慣于將理論知識采取灌輸的“填鴨式”教學方法傳授與學生，而并不關注學生是否真正理解了理論內涵以及能否將所學理論運用于實踐中。而”會計學基礎”其課程性質較為特殊，一方面要求學生掌握基本的理論原理，而另一方面則更加看重學生對經濟業務的處理能力。因此，傳統的“填鴨式”教學方法無法滿足本課程的教學要求。采用案例教學法的關鍵之一就是打破傳統課堂教學模式，將“填鴨式”教育轉為“分析型”、“互動型”教育。利用大量豐富精彩的案例，引起學生的學習興趣，啟發學生對問題的深度思考，在此基礎上，實現對理論知識的掌握與應用。

剪力墻上的洞口開的過大，或者過多以至于墻體的整體性已經被破壞，此時墻體截面的正應力分布不再是規律的直線，連梁將比它自身承受荷載能力大得多的墻肢聯系起來，形成墻肢剪力墻，其中僅一列連梁連接兩個墻肢的稱為雙肢剪力墻，一列連梁連接墻肢的稱為多肢剪力墻。

4)壁式框架。

剪力墻上洞口開得過大，剪力墻截面整體性將受到破壞，除梁柱的交接處不產生變形外，剪力墻此時已接近于框架的內力分布，成為剪力墻與框架之間的一種過渡，即壁式框架。

2 剪力墻結構設計原則

剪力墻既是建筑分隔墻的一部分，又是結構墻體的一部分，因此對剪力墻的布置必須同時滿足建筑方案的設計要求起到分隔空間的作用，又要滿足適合結構布置的合理位置與結構布置的要求。

為了更好的使剪力墻結構在建筑中發揮受力性能，最大化利用剪力墻的剛度和抗震性能，在建筑結構設計的過程中和實踐項目的總結中，提出以下幾點原則。

2.1 剪力墻位置選取原則

剪力墻的位置選取，要遵循對稱、均勻、分散的原則沿著建筑縱向及橫向布置，還應布置在房屋的端部以及形狀變化多的地方，恒荷載大、處于端部樓電梯處應減少剪力墻的布置；剪力墻在平面布置中盡可能對稱，若無法滿足，則盡量讓質量中心與剛度中心接近；剪力墻上設置洞口時，其位置應盡量位于截面的中部，避免位于柱子處和墻端。

2.2 剪力墻間距和厚度確定原則

剪力墻的間距和厚度布置原則：剪力墻的最大間距應控制在一定范圍內，在確保屋蓋側向剛度的情況下，使水平荷載作用下樓蓋平面內的彎矩變形得以避免；剪力墻的厚度取值原則包括通過周期比、位移比和最大層間位移等各項指標確定剪力墻厚度原則；不同抗震等級下的軸壓比控制混凝土厚度原則；滿足穩定性和構造性要求的原則；剪力墻厚度選取還應滿足《高層建筑規范》中的相應要求。

2.3 剪力墻的墻肢長度確定原則

剪力墻的墻肢長度應按具體項目而定，但大多不宜超過8 m，避免配筋拉斷的可能性，且也不宜過短。剪力墻墻肢長度的確定一般是厚度的8倍多一點，且剪力墻整體長度應在4 m以內。當需要將墻體設計為較長的長度時，可以通過在墻體上開洞的方法將墻體的高寬比值控制在2以上，且確保開洞均勻、尺寸不宜過大，采用弱連梁，避免剪力墻的剪切破壞。

2.4 剪力墻的數量設置原則

剪力墻數量的設置需要適度，并不是數量越多，性能越好，反而有時布置的數量的增多會使結構自身所承受的地震力加大，消耗建筑材料等。因此剪力墻的數量布置原則是在滿足建筑側向變形的限值情況下，盡量少的布置剪力墻，以此減輕結構自身的重量，避免剪力墻數量過多反而承載力不好的現象。

2.5 梁板布置原則

通常情況下，高層住宅的荷載較小，因此用鋼量主要由樓板的厚度決定，為了使用鋼量盡量降低，樓板的厚度在滿足必須的板內設備穿管所需厚度、滿足撓度和裂縫的情況下，盡量取低值。梁的布置，盡量設計為簡單清晰的傳力途徑，避免次梁過多、傳力途徑過于復雜的情況。

3 剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

3.1 約束邊緣構件

在建筑結構設計中，約束剪力墻邊緣構件對其進行處理可以使剪力墻在相同條件下發揮更大的作用。由約束邊緣構件和無約束邊緣構件這兩種方式構成了剪力墻的約束邊緣構件處理，各有優缺點，綜合比較看來無約束邊緣構件在建筑承載力上有更好的表現，而有約束邊緣構件則在抗震性和穩定性上優于無約束邊緣構件，所以應按具體項目具體需要進行選擇。

3.2 控制墻體配筋中的應用

剪力墻結構有耗鋼量大的特性，而且在我國，這種建筑結構在工程建設中應用較廣，控制住配筋量可以在資源和經濟上都有很好的節約作用。在具體控制方法上，比較常見的是滿足規范配筋最小值的前提下，將水平鋼筋外側、豎向鋼筋內側布置。迎水面保護層在采用雙向鋼筋網片時，可以很大程度上減少配筋量，其厚度可降為30 mm。

3.3 短肢剪力墻的應用

短肢剪力墻在《高規》中有明確規定：指截面厚度不大于300 mm、各肢橫截面的高度與厚度之比應在4和8之間的剪力墻。短肢剪力墻的應用越來越廣泛，與長肢剪力墻相比，它的肢厚比更小，這種改進對于住宅建筑來說，更有利于空間的排布，室內的布局及二次設計中受到的結構限制也大大減小。

雖然短肢剪力墻在靈活性和自由度上較長肢剪力墻更具優越性，但是同長肢剪力墻相比，短肢剪力墻仍存在許多待解決和待提高的問題，比如它會使整個建筑結構的受力能力和承載力降低。雖然有過關于短肢剪力墻對結構受力性能影響大小的測試，其結果表明短肢剪力墻對結構受力的影響性較小，但在高層建筑的結構中仍不應選用全部為短肢剪力墻的布置形式。當建筑結構布置中，短肢剪力墻的數量較多時，應布置成筒體或者是一般剪力墻，通過這種方法使短肢剪力墻與筒體或一般剪力墻形成整體，一同抵抗水平力作用的剪力墻結構。

4 結語

隨著科技和綜合國力的提高，高層建筑的發展也越來越快，這種情形下，剪力墻的應用則更加具有普遍性，如何能提高剪力墻結構的優越性，完善剪力墻結構在建筑結構體系中的應用已經成為當下及將來研究與解決的問題，具有重要性和必要性，我們不僅要在設計中不斷的思考和創新，更要吸取和借鑒國外關于剪力墻結構設計的先進理念與項目實踐，使我國的建筑工程設計水平有所提高。

[1] 付艷強.論剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用[J].科技風,2014(1)：56-57.

[2] 呂瑞孝,姜劍虹.高層建筑剪力墻結構設計需關注的要點[J].科技信息,2011(19)：98-99.

[3] 胡景云.論剪力墻結構優化設計[J].建材世界,2011,32(2)：7-8.

Discussion on the application of shear wall structure in building structure design

Wang Junfei

(ShanxiHongshaConstructionEngineeringLimitedCompany,Yangquan045000,China)

This paper elaborated the definition, characteristics, types and its arrangement ways of shear wall structure, from the shear wall location selection, wall limb length determination, beam slab layout and other aspects summarized the principles and design key points of shear wall design should follow, and analyzed the specific application of shear wall structure in building structure design, helpful to improve our construction engineering design level.

shear wall, design principle, building structure

1009-6825(2016)05-0066-02

2015-12-04

王俊飛(1987- )，男，助理工程師

TU398.2

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