分析剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

趙雄飛

【摘要】剪力墻結構能提供較大的抗側向剛度，剪力墻結構體系抵抗地震的能力較強，同時剪力墻結構能承受的較大的荷載值，故剪力墻結構在我國的建筑行業非常常見，高層結構中更是普遍采用剪力墻結構。為保障結構的安全性，剪力墻結構的設計尤為重要，本文對剪力墻結構設計在建筑結構設計中的一系列問題進行了簡單探討，簡要敘述了剪力墻結構的定義、分類、特點等，分析了剪力墻結構設計的設計原則，闡述了剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用。本文旨在透過探討使讀者對剪力墻結構有所了解。

【關鍵詞】剪力墻；結構設計；應用

1、引言

近年來，國民經濟快速發展，人們生活水平日益提高，城市聚集了大量的人口，房屋需求量也持續走高，在這樣一個情形下，建設單位大量興建高層建筑物。剪力墻結構由于自身剛度大，抗震性能好，承載能力大，所以在高層建筑物中經常采用。但是在剪力墻結構設計中，剪力墻的布置位置，剪力墻肢選擇都存在較多問題，目前在設計中不可避免的存在一些難點，下面就剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用進行簡要探討，力求找到一些解決剪力墻設計中難點的方法。

2、剪力墻的概述

剪力墻結構是建筑設計中非常常見的一種結構形式，這種結構形式能更好的提高房屋的穩定性能，通過鋼筋和混凝土兩種材料的完美配合也增加了建筑屋的承載能力。總體來說，剪力墻結構是一種合理的結構形式。

2.1剪力墻結構的定義

建筑中傳統的房屋采用的框架結構比較多，框架結構的主要承重構件為梁、板、柱，墻體是后砌筑形成，多采用一些輕質材料，如加氣混凝土砌塊、AAC砌塊等。由于框架結構的豎向稱重構件只有柱子，故其側向剛度較弱。與此同時，為加強側向剛度，剪力墻結構應運而生。剪力墻結構是采用鋼筋混凝土材料的剪力墻來承受施工和使用期間的豎向荷載及水平荷載，并且在剪力墻結構中還包含了連梁，這樣剪力墻、連梁、普通梁組成一個承重系統。剪力墻和連梁不止能承擔水平構件傳遞而來的豎向荷載，并且可以抵抗由于風荷載和水平地震荷載等產生的水平向荷載，只因其側向剛度較大。因為高層的水平剪力值主要是地震作用產生的，所以剪力墻又被稱為抗震墻。

2.2剪力墻結構的分類

根據剪力墻是否開洞，以及洞口大小尺寸不同的原則，將剪力墻分為實體墻、整體上小開口剪力墻、多肢剪力墻、壁式框架剪力墻四中類型。

2.2.1實體墻

沒有門窗洞口或只有少量很小的洞口時，可以忽略洞口的存在，這種剪力墻即稱為整體剪力墻，簡稱整體墻。

當門窗洞口的面積之和不超過剪力墻側面積的15%，且洞口間凈距及孔洞至墻邊的凈距大于洞口長邊尺寸時，即為整體墻。

2.2.2整體上小開口剪力墻

門窗洞口尺寸比整體墻要大一些，此時墻肢中已出現局部彎矩，這種墻稱為小開口整體墻。

2.2.3多肢剪力墻

剪力墻上開有一列或多列洞口，且洞口尺寸相對較大，此時剪力墻的受力相當于通過洞口之間的連梁連在一起的一系列墻肢，故稱多肢剪力墻。

2.2.4壁式框架剪力墻

在連肢墻中，如果洞口開的再大一些，使得墻肢剛度較弱、連梁剛度相對較強時，剪力墻的受力特性已接近框架。由于剪力墻的厚度較框架結構梁柱的寬度要小一些，故稱壁式框架剪力墻。

2.3剪力墻結構的特點

剪力墻在工程當中常被人們稱為抗震墻、結構墻等。從中我們可以看出，剪力墻結構在實際的使用過程當中可以充當多種角色。因為剪力墻的側向剛度比較大，地震發生時，豎向構件剪力墻可以抵抗水平地震荷載。風荷載作用在建筑物之上，隨著建筑物高度的增加，風荷載使結構產生的側向位移增加的會更快。剪力墻此時，是豎向構件，與風荷載相垂直，可以抵抗來自風荷載的作用。剪力墻結構體系中承重構件較多，剪力墻結構中所有構件可以作為建筑物的骨架抵抗外荷載。

3、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

3.1剪力墻數目

在剪力墻結構的設計過程當中，剪力墻主要用于承受風荷載和水平地震荷載等其他水平向荷載。在這種情況下剪力墻不是配置的越多越好，因為過多的剪力墻會加大結構的自重，使得設計不夠經濟。因為在進行時，應充分考慮抵抗荷載和地基承載能力的大小，綜合得出剪力墻的數目，不要盲目的設置過多，力求同時提高建筑物的質量以及經濟效益。

3.2剪力墻平面布置

剪力墻結構體系中，承重構件太多，假設剪力墻構件布置不均勻，則整個體系的剛度中心、質量中心和平面中心不一致，極有可能在受力時，外荷載使結構產生較大的扭轉，降低了結構的承載能力。故剪力墻最好沿著主軸線的走向，雙向布置，尤其在抗震的結構中，不要出現單向剪力墻的設計。剪力墻結構中的構件布置應均勻布置，所有構件盡量對稱布置，平面采用較為規整的形狀，減少扭轉出現的可能性。

3.3剪力墻及連梁配筋

在高層的建筑物中，連梁是剪力墻結構中非常重要水平向承重構件，故連梁的設計是很重要的。連梁配筋合理一方面來說可有效提高自身的剛度和塑性，另外一方面來說可增加整體結構的抗震性能。在對連梁的設計中，應對連梁進行正截面和斜截面的承載力的計算，綜合考慮配置鋼筋，應確保連梁的受彎破壞優先與受剪破壞，從而保障結構的穩定性。在設計中應嚴格遵守國家規范，不得隨意更改。

剪力墻身的配筋也是不可忽略的。控制剪力墻身的配筋有利于控制結構的安全性和工程的經濟利益，這是處于宏觀查看整個剪力墻結構中，剪力墻身的布置是最多的，其用筋量也是最大的。剪力墻身中有豎向鋼筋和水平向鋼筋，通常情況下，豎向鋼筋位于剪力墻身的內側，其外側采用水平鋼筋把所有豎向鋼筋進行連接。不論是豎向鋼筋還是水平向鋼筋，都應滿足最小配筋率的要求。兩向鋼筋在進行綁扎時，綁絲應采用八字形，不要出現順一字形，避免出現建立墻身的整體側移。

3.4剪力墻的優化設計

在進行剪力墻設計時，要注意對剪力墻結構的優化，對于剪力墻上的洞口或者門窗，要做到上下對齊，布置成列，這樣才符合我國《混凝土結構設計規范》、《高層高層建筑混凝土結構技術規程》、《建筑抗震設計規范》等相關規定。在設計中嚴格禁止使用疊合的錯墻洞，避免出現變形的現象，當剪力墻較長時，要將剪力墻均勻的分成幾個墻面，并且要合理的開設洞口，墻體之間要采用連梁進行連接，并且要保證每個獨立的墻肢的總高與截面高度之比大于2，以此防止剪力墻因剪力而破壞。在進行剪力墻結構設計中，設計人員還需要注意，不能在洞口之間形成小墻肢，假如不可避免的出現小墻肢，一定要根據實際情況，適當加密墻肢，用以保障剪力墻的質量達到要求。

4、剪力墻結構設計的原則

在建筑設計過程中，進行剪力墻的設計是非常復雜的過程，設計人員不應為了快速完成設計任務或其他目的就草草了事，這樣極有可能在后續的施工過程里發現大量的錯誤，出若干個設計變更。設計人員在設計之處應對施工現場實地進行考察，以便設計出來的成果便于施工，便于機械劃操作。在剪力墻設計時還需要遵循一些特定的原則，才能保障剪力墻設計和應用向著正確化，規范化，合理化發展。本節將對剪力墻設計中的原則進行探討。

4.1建筑物之間進行調整減小剪力系數的原則

就目前建筑行業趨勢來看，剪力墻結構一般應用于高層建筑物中，為保障地基的承載力滿足要求，必須在滿足結構承受所有外荷載的前提下，減小結構的自重。減小自重需多采用短肢剪力墻，并且需要短肢剪力墻承受的位于第一振型的底部抗傾覆力矩小于剪力墻結構體系所能承受的最大底部抗傾覆力矩的40%。設計人員經常對剪力墻進行大開間處理，用以提高剪力墻結構的側向剛度。這樣就可以保障建筑物樓層之間的最小剪力系數大于規范規定中的數值了，從而達到降低建筑物成本的目的，提高建造者經濟效益。

4.2調整建筑物樓層與樓層之間最大位移和樓層高度之間的比例

高層建筑物由于樓層太多，樓層之間不可避免的會出現一定差異。常規高層建筑在設計時，設計人員會把重心放到樓層與樓層之間的剪切變形和扭轉變形之上。而在處理建筑物剪切變形這一塊的過程中，設計人員是以控制塑性構件的數量來控制剪切變形，但是塑性構件的數量是沒有一個明確的規定，故假設此數量沒有控制在理想范圍內，就會引起剪力墻的剪重比過大，從而形成設計出來的剪力墻結構不合理，反而使樓層之間的扭轉變形也增大。因此，在剪力墻結構設計中，應從根本上減少樓層之間的扭轉變形量，不能只依賴于調整塑性豎向構件的數量，調整塑像構件的剛度來減小樓層之間的位移。

4.3調整剪力墻連梁超限的原則

針對于剪力墻結構中的連梁來說，連梁的跨高比必須大于2.5，用以防止出現剪力和彎矩超出規定限制的情況。對于跨高比大于或等于5的連梁，必須按照《鋼筋混凝土結構設計》中的框架梁的標準來進行結構設計，不能采用對連梁的剛度冒然折減的方法。對于跨高比在5～6之間的連梁，此時不必按照《鋼筋混凝土結構設計》中的框架梁的標準來進行結構設計，則采用對其剛度進行折減的方法進行調整，與跨高比大于2.5時，用以防止出現剪力和彎矩超出規定限制的情況一致。

總結：

剪力墻結構抗震性能好，用鋼量相對較小，與其他結構體系能有效相結合，故在現在的建設中經常采用。采用合理的設計體系能提高剪力墻結構的安全性，提高工程質量，保障了購房者的合法權益。為此設計人員要不斷對其設計進行改進，逐步完善設計方法，盡量采用新興科學技術彌補設計的不足點，這樣才能更好的帶動建筑行業的發展。