剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析

賴偉科（東源縣建筑設計院，廣東　河源　517500）

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剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析

賴偉科（東源縣建筑設計院，廣東河源517500）

剪力墻又被稱為結構墻或抗震墻，主要是在建筑整體結構中承受震動作用或水平力量的墻體，具有良好的抗震性能，由于剪力墻性能優(yōu)良，因此被廣泛應用于建筑設計中。對此，本文首先介紹對剪力墻的結構和種類進行了介紹，然后對剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用進行了詳細探究，以期促進剪力墻結構設計的推廣。

剪力墻；建筑結構設計；應用

1　引言

隨著我國國民經濟的不斷發(fā)展，人們對高質量居住和辦公環(huán)境要求越來越高。針對這些實際要求，剪力墻及其結構設計可以有效保障建筑物的安全性和質量要求，提升建筑質量，優(yōu)化建筑結構。

2　剪力墻結構概述

2.1剪力墻概念

剪力墻是實際建筑工程中經常使用的結構墻、抗風墻和結構墻。剪力墻可有效承受風或地震等導致的相關荷載，保障建筑物安全性和剛度的墻體，剪力墻優(yōu)點在于良好的抗震性和剛度。剪力墻結構設計中，墻體的長度和高度應相對較大，而寬度則相對較小，并采用鋼筋混凝體整體澆筑方法。建筑設計方和施工方為滿足人們對居住住房和辦公樓的安全穩(wěn)定性要求，已經在建筑設計和施工過程中廣泛的使用剪力墻，以提高和優(yōu)化其整體建筑物的建筑施工質量和結構。

剪力墻結構應用優(yōu)點：剪力墻結構具有較好的穩(wěn)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。

剪力墻結構應用缺點：剪力墻雖然穩(wěn)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(tǒng)，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(yōu)勢。

2.2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(wěn)定性，不會有異常情況發(fā)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。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(guī)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。

3　剪力墻結構的設計原則

剪力墻結構的設計原則具體包括以下幾點：①在對剪力墻進行設計計算時，應該充分考慮到水平與豎直作用下的結構整體，獲得內力之后，還應該根據偏拉或者偏壓對于斜截面與正截面承載力進行驗算；②如果剪力墻與平面之外的梁相連，則會導致墻肢平面外彎距，對此，應該盡量避免開平面外搭接；③剪力墻結構為一個平面構件，除了承受平面作用的彎矩與剪力之外，還需要承擔豎向壓力，因此，在進行剪力墻結構設計時，必須保證一定的剛度和承載能力，同時還應該滿足非彈性變形反復循環(huán)作用下的延性；④剪力墻的高、寬尺寸相對較大，厚度較小，其受力形狀類似于柱，如果肢長與厚度的比值在3～5之間，則應該將剪力墻形狀設計為異形柱，并采用雙向受壓構件設計，如果比值小于3時，則應該采用柱設計方式。

4　剪力墻結構設計方法

4.1基礎方案設計

在建筑結構設計中，剪力墻的基礎結構設計至關重要，設計人員應該反復研究建筑設計的整體方案，反復的論證，設計出最合適的剪力墻結構。具體考察和研究的項目，不僅包括建筑結構設計本身，而且還包括建筑所在地區(qū)的地質環(huán)境和水文環(huán)境。

4.2承重結構設計

對剪力墻的承重結構設計有利于高質量完成建設任務，剪力墻結構設計人員應該在充分了解相關政策和施工數據的基礎上，進行剪力墻的各個承重構件設計，確保建筑整體質量和承重能力。在對剪力墻承重構件設計時，還需要對原有的技術和結構進行優(yōu)化升級，準確計算墻體的配筋率。

5　剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

5.1定位剪力墻

如果平面的布置控制工作沒有做好，則會導致平面不夠均勻或者對稱不接近標準狀態(tài)，進而造成剪力墻的結構剛強度與力作用重合偏差較大，最終會導致彎矩現象，墻體扭矩的狀況。因此，對于剪力墻的定位，需要按照估算好的數值、劃線定位，保持平面的均勻與對稱在標準范圍，同時，內外墻體需要直通，墻體直截而保持簡且有規(guī)則。

5.2墻面合理規(guī)劃

建筑墻體除了需要保持均勻與對稱，結構重量與剛強度重合，墻體直通外，還需要注意墻體的主軸路線，應當考慮到主軸雙向與多向性。從抗震功能的角度思考時，如果剪力墻抗震動力度大時，就墻體的剛韌性有所降低，兩者應當控制在合理的數值范圍，避免相互制約的現象，其中剪力墻側向剛度的數據可以用T=（0.05-0.06）×n的公式來推算出，公式中的n表示約力墻結構的層數。在是施工過程中，還需要考慮到的就是剪力墻的施工工期、材料耗費等投入的成本問題一級施工過程中存在的安全隱患問題等，規(guī)劃好各個方面，從而對剪力墻結構進行科學構建。

5.3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，合理控制配筋量可以在資源和經濟上都有很好的節(jié)約作用。在具體控制方法上，比較常見的是滿足規(guī)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30mm。

5.4短肢剪力墻的應用

短肢剪力墻在《高規(guī)》中有明確規(guī)定：指截面厚度不大于300mm，各肢橫截面的高度與厚度之比應在4～8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(yōu)越性，但是與長肢剪力墻相比，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，共同抵抗水平力作用的剪力墻結構。

5.5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(fā)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(yōu)缺點，綜合比較來看，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(wěn)定性上優(yōu)于無約束邊緣構件，所以應按具體項目具體需要進行選擇。力墻結構邊緣構件最大的壓軸比如表1所示。

表1　剪力墻結構設置構造邊緣構件的最大平均軸壓比

6　結語

隨著社會經濟的發(fā)展，高層建筑的發(fā)展越來越快，剪力墻的應用則更加具有普遍性，提高剪力墻結構的優(yōu)越性，完善剪力墻結構在建筑結構體系中的應用至關重要。在剪力墻結構設計應用中，不僅需要創(chuàng)新設計方式，而還應該吸收國外的成功經驗，推動我國建筑工程設計水平的提高。

［1］張 雷.淺談剪力墻結構設計在建筑結構設計中的有效應用策略［J］.建筑工程技術與設計，2015（18）：56～57.

［2］黃 河.剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用對策［J］.山西建筑，2015（18）：42～43.

［3］李 磊.探討剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用［J］.建筑·建材·裝飾，2015（13）：71.

賴偉科（1980-），男，工程師，本科，主要從事建筑結構設計工作。

TU398.2

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2095-2066（2016）11-0096-02

2016-3-8