剪力墻結構設計在建筑設計中的應用

張 俊 杰

(太原理工大學建筑設計研究院,山西 太原 030024)

剪力墻結構設計在建筑設計中的應用

張 俊 杰

(太原理工大學建筑設計研究院,山西 太原 030024)

剪力墻結構具有較好的抗震能力，并且其抗側剛度也較大，就剪力墻結構在近些年來建筑結構設計中的應用做了一些簡單的分析，為剪力墻結構的正確使用提供參考。

建筑,剪力墻,結構設計

剪力墻結構在建筑行業中具有結構剛度大、整體抗震性較強的特點，因此被廣泛應用于建筑設計行業中去。剪力墻的應用得到了廣大開發商和業主的一致好評，未來也必定會占據建筑設計行業中的一席之地，因此設計單位工作人員應該徹底剖析剪力墻的優、缺點，從根本上提高剪力墻結構的使用效率，更好的輔助我國建筑事業發展。

1 建筑工程剪力墻結構設計的原則

剪力墻的使用一般要遵循以下5個原則:

第一，剪力墻一般應該要趕著建筑物的核心軸線進行兩側方向的布置，要盡可能的避免只有某一個方向有墻的布局結構，并且在雙側設計時，也要盡量使兩個方向的抗側的剛度差異縮小，即雙側方向自身的振動周期應該是相近的。剪力墻應該盡量的做到拉通對直，只有這樣才能夠從根本上將剪力墻的抗震能力凸現出來。在門窗等洞口的位置也要注意上下各個層面都應該對齊，將墻肢和連梁凸現出來，使整個建筑結構的受力明確，這樣也便于檢測人員的計算。另外，在抗震結構的設計過程中，也應該盡量避免出現剪力墻的錯洞問題，甚至是疊合起來的錯洞墻。由于疊合的錯洞墻存在洞口錯開的距離十分小、甚至會出現動口疊合的問題，這樣設計出來的剪力墻不僅僅會存在墻肢不規則的問題，而且還會出現洞口之間的位置變得越來越薄弱，對于剪力墻的抗震作用來說是十分不利的。當必須要出現較長的剪力墻時，設計人員應該開設洞口，通過多個洞口把長的剪力墻分為均勻的若干段，在每兩個墻段之間應該采用連梁進行連接。在當剪力墻的長度較短時，收到彎曲的作用力產生的裂縫之間的寬度也會變小，這時墻內搭配的一些墻體的配筋就能夠充分發揮作用，將剪力墻的作用力完全發揮出來，因此，墻體的截面高度也應該有上限，一般來說，不應該超過8 m。

第二，剪力墻的設計應該要在豎直方向上貫通整個建筑物，當剪力墻沿著垂直方向有所改變時，允許沿著剪力墻改變的豎直方向改變墻體的厚度和混凝土的等級，也可以采取減少部分的墻肢，使抗側的剛度慢慢變小，同時也能夠降低發生各層剛度突變、產生應力集中的概率。

第三，在設計剪力墻時，應該盡量避免直接把樓面的主梁墻直接作為支撐與剪力墻連接在一起，一方面，樓面主梁墻的頂端約束并不能達到使用要求，連梁之間沒有抗扭的剛度以用來抵消平面外的彎矩，因此并不能實現穩定；另一方面，這樣對于連梁的作用效果也有抵消作用，連梁本身的剪切變化范圍較大且很容易就出現裂縫，一旦出現問題，不僅僅連梁的作用失效，主梁墻的穩定性也會有很大程度的影響。

第四，一些高層建筑物雖然很容易出現長短的剪力墻，但不應該將每一個長短剪力墻都采取分割為短肢剪力墻的設計形式，即使是設計了大量的短肢墻，也應該在墻段邊緣盡可能的設置翼緣。當一座建筑物出現較多短肢剪力墻時，應該布置成為筒體，或是一般結構的傳統剪力墻，以此形成剪力墻、翼緣、主梁共同支撐水平方向作用力的剪力墻結構。

第五，要在數量上對剪力墻有所控制。從抗震性的方向出發，雖然增加剪力墻的數量能夠提高結構抗側力的抗震能力，但同時，整個建筑結構承受的地震力也同時加大了，并且建設的材料用量也增多了，因此，設計過程中在能夠滿足側向變形的限制條件下，設計師應該盡量控制好剪力墻的數量并計算剪力墻的自重。

2 建筑工程多樣剪力墻結構設計的應用

2.1定位剪力墻

由于建筑物的實際作用和建筑環境、使用的建筑材料有所不同，如果在建筑物的平面布置控制工作沒有達到理想效果，就會導致建筑物的對稱結構達不到標準狀態、平面材料或受力不夠均勻，進而影響了剪力墻的結構剛度與作用力的重合之間有較大的偏差，情況嚴重時甚至會出現彎矩現象，造成整體的墻面扭曲的情況。因此，相關工作人員可以利用剪力墻進行定位，需要提前按照以及估算好的數值進行劃線，劃線位置即是剪力墻的建筑位置，必須要保證該位置的平面足夠均勻，對稱性也達標在標準范圍內，除此之外，也要保證墻體的內面、外面都是直通的，墻體以一種簡潔、有規則的垂直狀態完工。

2.2墻面合理規劃

不論是什么類型的建筑墻體，在設計的過程中都必須要保持均勻并且對稱的狀態，整個墻面的結構重量和剛強度應該維持重合的狀態，墻體要直通朝外，當然，也不能忽略墻體自身的主軸方向，設計者應該考慮到墻面主軸的雙向甚至是多向性。從剪力墻的抗震功能角度出發，當剪力墻的抗震動力程度增大時，整個墻體的剛韌性應該在某種程度上有所降低，兩者之間的關系應該控制在合理的區間范圍內，避免出現互相影響、互相制約的現象。計算剪力墻的側向剛度可以用公式F=0.05N～0.06N來計算推導，其中，N為剪力墻結構的總層數。當然，在施工的過程中，設計人員也必須要考慮到整個剪力墻的施工工期以及建筑過程中的材料耗費、人員成本等問題，在一級施工階段往往也會或多或少的存在一些安全隱患問題，設計人員必須要合理規劃好墻面問題，從科學、規范的角度出發進行設計，避免這一方面出現各種各樣的安全問題。

2.3控制好墻體配筋的數量

由于剪力墻結構需要使用大量的鋼材，而且在我國這種耗鋼量大的建筑結構在多種類型的工程建設結構中都有廣泛的應用，因此，合理的控制配筋量可以在經費、材料成本方面起到很好的節約作用。具體來說，常見的控制墻體配筋的方法就是在整個項目已經滿足規范化配筋的最小值的狀態下，將水平方向的鋼筋外翻，豎直方向的鋼筋像內側布置。迎水面的保護層在采用雙向鋼筋的網片時，可以大幅度的減小配筋量的數量，使整個剪力墻的厚度降低為3 cm左右。

2.4短肢剪力墻的合理應用

在我國頒布的《高層民用建筑設計防火規范》中對于短肢剪力墻的使用有十分明確的規定，凡是短肢剪力墻，其界面厚度不能超過3 cm，剪力墻各肢的剪力墻高度和厚度之比應該控制在4～8之間。由于現代社會高層建筑物的增多，短肢剪力墻的應用越來越廣泛，相比長肢剪力墻來說，短肢剪力墻的厚度更小，這種改進對于建筑物尤其是住宅用建筑物來說，更有利于釋放空間，使空間的排布變得開闊，住宅內部的布局或是入住后的二次設計過程中也不會收到很大的限制，性價比更高，更受廣大住戶的喜愛。雖然短肢的剪力墻與長肢剪力墻在靈活程度和自由性方面都更具有優勢，但是短肢剪力墻仍然存在許多需要改正和提高的問題，例如，過多的短肢剪力墻會使整個建筑物的結構受力程度降低、相應的承載力也會降低。雖然相關研究單位曾經做過短肢剪力墻對于結構受力程度的測試，但其結果顯示短肢剪力墻對整個結構的受力程度影響并不大，然而在現代建筑設計過程中，高層建筑的設計仍然不應該全面使用短肢剪力墻。如同在上文中提到的，當建筑物的短肢剪力墻數量較多時，應該盡量調整成筒體或是傳統的剪力墻，通過這樣的結構設計使得短肢剪力墻與建筑中的筒體結構或傳統剪力墻結構形成整體，共同抵抗水平方向的作用力，形成更加穩固的剪力墻結構。

2.5約束邊緣的零構件

在建筑結構的設計過程中，設計人員不僅僅要處理好整體上的結構，也要重視剪力墻的邊緣結構，尤其是起到剪力墻約束作用的邊緣構件，良好的邊緣構件設計能夠讓剪力墻在同等條件下發揮更大的作用，實現更加卓越的價值。例如，在約束邊緣構件和沒有約束邊緣構件兩種條件下的同等條件的剪力墻，在承載力、剛度等各方面上各有優缺點，但是從整體上來看，沒有約束的邊緣構件在建筑物的承載力上表現出了更加明顯的優勢，但是有約束的邊緣構件則在建筑物的整體抗震性、穩定性方面有更好的表現，所以相關設計人員在設計剪力墻的約束邊緣構建時應該結合建筑物的作用和特點，結合實際狀況進行選擇。本文為設計人員提供了剪力墻結構的邊緣構件最大壓軸比，二級強度為0.3，Ⅶ度一級為0.2，Ⅸ度一級為0.1，當然，在實際應用的過程中也需要考慮到使用材料的延展度和承重力。

3 結語

隨著當前社會經濟的發展，高層建筑業的前進腳步越來越快，剪力墻的應用也相應的更加普遍和廣泛，要想提高剪力墻結構的作用效果、充分發揮剪力墻結構的優勢，完善剪力墻結構在整個建筑結構中的應用是十分關鍵的要素。

設計人員在進行有關剪力墻結構的設計時，應該要發動頭腦風暴，創新設計形式，充分借鑒其他成功項目的設計經驗，攜手推動我國建筑行業剪力墻設計水平的提高。

[1] 黃志強.論剪力墻結構設計在建筑機構設計中的應用[J].建筑工程技術與設計,2016(3):170-171.

[2] 呂瑞孝.高層建筑剪力墻結構設計需關注的要點[J].建筑與科技信息,2016(17):8-9.

[3] 胡進焱.淺談剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用[J].科技創新與應用,2016(15):197-198.

Theapplicationofshearwallstructuredesigninarchitecturaldesign

ZhangJunjie

(TaiyuanUniversityofScienceandTechnologyInstituteofArchitecturalDesign,Taiyuan030024,China)

Shear wall structure has good seismic capability and its lateral stiffness is bigger also, in this paper, the shear wall structure in the application of structure design in recent years made some simple analysis, provide a reference for the proper use of shear wall structure.

architectural, shear wall, structure design

TU318

A

1009-6825(2017)26-0059-03

2017-07-04

張俊杰(1980- )，男，工程師