建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用研究

肖 輝

株洲市規劃設計院，湖南株洲 412000

隨著經濟和科學技術的不斷發展，城市人口不斷激增，城市用地不斷緊張。高層建筑作為解決城市這一尖銳問題重要手段，得到了迅速發展。剪力墻結構，因其良好的抗震性能、優異的適應性，被越來越多的建筑設計使用。

1 剪力墻的特征分析

剪力墻的優點：其承載力較強，具有良好的剛度，能夠承受風載荷，發生地震時，能夠承擔受地震作用而產生的水平載荷。

剪力墻的缺點：平面布置不靈活，剪切變形大。

2 剪力墻結構設計的概述

2.1 剪力墻結構設計的涵義

剪力墻結構設計是在進行建筑結構設計時，采用了鋼筋混凝土墻板，來代替框架結構的梁柱設計，主要原因是地震作用和風荷載在垂直方向和水平方向兩種力同時存在，會對建筑物造成一定的破壞，剪力墻結構的出現有效的承載了這兩種力的作用，減少了對建筑物的破壞作用。

2.2 剪力墻結構設計的原則

（1）在尺寸設計上，剪力墻結構設計相對靈活。簡單來講，剪力墻是一面具備和柱一樣的受力特性的墻面。剪力墻和柱最大的區別是，當其肢長與厚度的比值小于等于3時，可以按照柱設計；若是肢長與厚度的比值大于3，但是小于5，則需要按照雙向受壓構件設計。

（2）為了確保剪力墻結構連梁的剛度符合設計要求，其跨高比要大于2.5，若是高層建筑，則其跨高比要大于5。

（3）剪力墻結構設計要遵循整體銜接原則，同時根據抗震的剛度合理測算需要配置的剪力墻數量。

3 剪力墻結構布置原則（見圖1）

圖1 剪力墻平面布置實例

（1）為了充分發揮剪力墻的抗扭作用，在布置剪力墻時，應當均勻的分布在建筑物的周邊。需要注意的是，為避免剪力墻受到外界環境因素的影響，應避免將剪力墻完全沿周邊布置。在樓梯間或者電梯間，平面形狀變化比較大，或者恒載比較大的地方，為保障剪力在樓蓋和剪力墻之間良好的傳遞，設置剪力墻時，可參考圖1。

（2）如果平面形狀的平整度較低，凹凸較大時，為了加強建筑結構的穩定性，應將剪刀墻設置在凸出部分的端部。

（3）可以通過L形、T形等設計，提升剪力墻的承載能力，相鄰剪力墻的布置如圖2所示。

圖2 相鄰剪力墻的布置

（4）設計剪力墻結構時，最好的布置方法是：雙向和多向布置。同時，應當保持同一軸向的剪力墻方向一致，這樣才能發揮剪力墻最大的作用。

（5）剪力墻的剛度應盡量相同或者相近，如果剪力墻的長度較長，應設置洞口和連梁，形成多肢墻。

（6）由于剪力墻最重要的作用是承擔地震的作用力。為了保持建筑整體結構在地震作用下的正常運行，相鄰剪力墻之間的距離不宜過大，避免框架結構與剪力墻之間無法協同作用，承擔較多的荷載，導致地震時整體建筑的穩定性和安全性較差。

（7）剪力墻上的洞口不宜開在端部或者靠近柱邊的位置，應當布置在剪力墻截面的中部，面積小于整體墻面的1/6，洞口上下對齊，洞口間高度應大于層高的1/5。剪力墻的洞口布置vk圖3所示。

圖3 剪力墻的洞口布置

4 剪力墻結構應用設計優化

4.1 合理選擇結構方案

如果建筑樓的樓層低于20層，可以選擇短肢剪力墻進行承載設計，主要是因為以下兩點：一方面相比較傳統現澆剪力墻的結構方式，短肢剪力墻的重量更低，剛度也更小，在受到地震作用時，得到的地震反應也相對較少；另外一方面，承載能力更強，且造價成本更低，物美價廉。

如果建筑物的樓層高于20層，則可以選擇傳統的現澆剪力墻進行承載設計。主要是因為短肢剪力墻受到樓層高度的影響，剪力相關參數和結構頂點位移很難控制，無法精準的進行計算和測量，容易造成較大的偏差，帶來不穩定因素，造成建筑物結構安全性能下降。

4.2 合理配置暗柱鋼筋

提升剪力墻的抗震性能，可以采用具有消耗地震波作用的暗柱等邊緣構件。通過合理配置暗柱等邊緣構件，可以大大提升整個建筑結構的穩定性和安全性。

4.3 連梁設計

當建筑物中剪力墻比較長，或者開間不達時，開洞會造成連梁結構。如果出現以下情況，會導致連梁超筋。

（1）連梁自身跨度與其梁截面高度之比值（跨高比）較小；

（2）剪力墻面結構洞出現豎向中心線錯位，不再同一條直線上的情況；

（3）連梁兩端的剪力墻出現其墻肢過長的問題；（4）剪力墻的數量較少，且承受的水平力較大；針對以上情況，為了避免連梁超筋的情況出現，可以從以下幾個方面進行設計改善：

（1）擴大連梁的高和寬，提升連梁的橫截面積，從而達到提升抵抗剪力的目的。

（2）針對出現洞口豎向中心線錯位的情況，應當加強改進措施，設計時應當精準計算，盡量確保能夠保持在同一直線上。

（3）可在墻肢過長的剪力墻中間設置結構洞，形成多肢墻，來達到避免超筋的目的。

（4）精準計算，確保剪力墻的數量、分布符合要求。

（5）調整上下層及中間層連梁的彎矩的設計值，通過20%的幅度變化，達到降低連梁超筋可能性的目的。

4.4 墻肢的選擇

在墻肢的長度要求中，墻肢長度應小于8m，下跨高比則不低于6。如果超出規范要求，不僅縮短了剪力墻的使用年限，而且會降低墻肢的剛性，使得建筑物本身抗震效果降低，穩定性和安全性較差。

在墻肢的厚度要求中，填充墻厚度在20cm，剪力墻也應當保持20cm，這樣可以提升墻肢的穩定性。

4.5 控制剪力墻數量

在建筑結構的剪力墻結構設計中，并不是剪力墻越多越好，建筑結構設計的重點是為建筑物減重，提升它的安全性和穩定性，通過科學計算，應控制剪力墻的數量，合理安排，合理布局，能夠起到最佳的抗震效果即可。

5 結語

隨著國家的不斷富強昌盛，人民的生活水平也隨之提高，對建筑行業的安全和穩定也提出了更高的要求。尤其是近年來，地震災難頻繁發生，建筑行業對其質量和抗震性能有了更高的要求，隨著科學技術的進步，越來越多的新技術和新工藝被應用到建筑行業當中。剪力墻結構能夠提升建筑的抗震性能，使其被大量應用于各種建筑結構中，因此設計人員應重視對剪力墻結構的學習和認知，通過不斷的實踐提升相關知識業務能力，確保建筑設計中的剪力墻結構能夠發揮其最大的效能。

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