剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

王艷軍

摘要：近來，隨著人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，普通框架結構和框架―剪力墻的露柱構件對建筑空問的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間使用和立面美觀的要求。純剪力墻結構既可以保證結構安全可靠性，又可以使室內空間合理墻面平整，所以高層建筑結構中便越來越多地采用剪力墻結構，剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結構，但比框剪結構的剛度分配、內力分配更合理，結構的變形協調導致的豎向位移差別，也比框剪結構小，傳基礎荷載更均勻、合理。這樣的結構形式能使建筑取得較好的經濟效果和建筑功能效果。

關鍵詞：剪力墻結構設計；建筑結構設計；應用

1 剪力墻結構的分類

1.1 壁式框架

這種剪力墻洞口尺寸很大，連梁線剛度和墻肢線的剛度比較接近，其整個受力墻的變形則為剪切型，受力特點與框架結構相似。其在大多數高層建筑的樓層中會出現反彎點，彎矩圖在樓層的地方也會產生突變。

1.2 整體小開口剪力墻

雖然這種剪力墻的開口比較小，但是其開洞面積已經大于15%。整個剪力墻的變形主要為彎曲型，但是整個墻肢的高度基本上沒有存在反彎點，彎矩圖的主要位置發生了突變。

1.3 雙肢或多肢剪力墻

這種剪力墻一般開口較大，或者其洞口成列分布。雖然在開口上與整體小開口剪力墻不同，但是它們的受力特點卻十分類似。

2 剪力墻結構應用的設計理念及計算方法

在剪力墻結構設計中，必須選擇合理的設計方案，這是保證建筑結構主體質量的重要環節。剪力墻結構處于受彎工作狀態時才能有展現良好的延性，所以，剪力墻的形式應以高細為主，如果剪力墻過長，可能形成低矮墻，致使剪力墻呈現為脆性，難以滿足抗震要求。因此，在剪力墻結構設計中，必須經過精確的計算，雖然現在設計工作中已經基本實現了計算機代替人工操作，但是，在部分環節的計算中仍需依靠設計人員根據經驗予以干預。為了提高結構設計工作的效率與質量，設計人員應在合理應用現代設計工具的同時，結合自己的設計理念與經驗進行雙重判定。在剪力墻結構的優化設計中，為了保證計算結果的可靠性，必要時可以采取結構試驗進行校驗。例如：在剪力墻的邊緣構造設計中，計算分析表明，增加墻肢截面兩端的翼緣可以明顯提高其延性；而結構試驗則表明，與工字形、槽形截面剪力墻相比，矩形截面剪力墻的延性相對較差。由此可見，在剪力墻結構設計中，不但要合理應用相關理念與計算結果，還要注重結合試驗結果進行設計方案的優化處理，從而提高其可行性。

3 剪力墻長度及厚度的選取分析

3.1 剪力墻墻肢長度的確定

墻肢的長度指的是整個剪力墻的截面高度，此參數的確定對于保證剪力墻結構穩定性和外觀的協調性有著巨大的作用。一般情況之下剪力墻墻肢長度需要控制在八米以內，而在剪力墻結構之中為了進一步的確保墻體構造的延伸性，合理的避免外力對于墻體的損壞，還可以將寬度和高度比例相差較大的部分采取彎曲設計的形式，設計成延伸性的剪力墻，合理的避免了彎曲對于墻體造成的損害。但是在實踐設計之中部分建筑的墻體長度比較大，所以為了進一步的確保剪力墻的墻體寬度和高度之間的比值，需要采取開洞的方式，將墻體分隔成為連續的、均勻的、長度比較小的連續肢墻，針對其開洞的設計應當采取彎矩約束比較小的弱連梁的設計形式，來增強墻體的結構穩定性和剛性。

3.2 剪力墻厚度的確定

在實踐的房屋建筑結構設計之中剪力墻厚度和長度的選取是兩個重要的工作環節。由于剪力墻結構的寬度和長度尺寸較大，所以針對上述兩個指標的選擇，可以按照雙向受力結構以及柱形受力結構等特性來進行設計。根據我國所制定的抗震規定，在剪力墻結構當中需要加強墻體的厚度，針對厚度的選取應當結合建筑樓層高度來進行確定，同時在結構設計當中針對特殊類型的建筑應當采取概念性的設計方式，合理的控制剪力墻墻肢軸壓的比值，進而確保整個建筑的穩定性，減少墻體的厚度，達到最佳的設計效果。

4 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

4.1 剪力墻墻的測量技術

在進行混凝土剪力墻施工前，需要對剪力墻的坐標進行測量，測量所用到的方法主要是通過對內、外控制軸網相結合實現對剪力墻坐標的測量。具體的步驟是：首先要對角部框架結構進行測量校正、加固工作；其次要對剪力墻進行測量，要對每節剪力墻都按照基點進行復查及引測工作。

同時，在工程施工過程中，還需要對剪力墻側向垂直度進行測量，測量工作中所需要運用到的主要儀器有全站儀、鉛錘儀、三角鋼尺等。對于所需要應用到的測量設備來說，其都要經過嚴格的檢驗才能夠使用，檢驗結果要保證能夠達到合格的基礎。

4.2 約束邊緣構件處理

無約束邊緣構件剪力墻和有約束邊緣構件剪力墻相比較，其極限承載力降低40%，極限層間位移角就會減少一倍，對地震能量的消耗能力就會減少20%，因此，在設計剪力墻結構時，要根據不同級別的剪力墻軸壓比，選用相對應的邊緣構件。剪力墻邊緣構件可以分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩種情況，對于一級剪力墻和二級剪力墻結構，當剪力墻底部加強部位上面的普通部位和三級、四級非抗震設計建筑底部加強部位軸壓比小于相關規定時，要設置構造邊緣構件；當一級剪力墻和二級剪力墻結構，當剪力墻底部加強部位和高層建筑、重力荷載作用下墻體的軸壓比大于相關規定，要設置約束邊緣構件。

4.3 處理剪力墻中存在的連梁超筋現象

在剪力墻結構中，比較容易出現連梁超筋的現象，主要表現是墻體整體的剪力與設計過程中對剪壓比規定的數值要求不相符。在墻體中出現連梁超筋的現象，主要是由于剪力墻整體結構的高度，位于建筑整體結構高度的三分之一處。如果在平面結構中，墻體較長的話，就會比較容易出現連梁超筋的現象。在出現連梁超筋時，墻體會發生嚴重的剪切變形。如果是墻體中較容易出現連梁超筋現象的部位時，可以采用鉸鏈的形式進行處理。

5 結語

綜上所述，伴隨忠國經濟建設的飛速發展，人們的生活水平有了很大的提升，隨之而來的是對住宅的空間設計有了更近一步的要求，傳統的建筑結構設計已漸漸難以滿足人們對住宅的要求，因此，剪力墻結構應用而生。剪力墻是一種主要承受風荷載以及地震作用引起的水平荷載的墻體，其具有結構剛度大，整體性能好以及用鋼量省等等優點，與建筑結構設計相比較為經濟，且外形美觀，便于室內布置，為此剪力墻受到了很多開發商及業主的青睞。

參考文獻：

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[2]李敏，羅聯訓.分析剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用[J].江西建材，2013，（5）.

（作者單位：長春天祿房地產開發有限公司）