剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

薛虎

濟寧市維拓建筑設計有限公司

摘要：隨著我國社會經濟的不斷提升使得我國的建筑行業得以快速發展，與此同時人們對建筑功能及質量的要求也越來越高，而剪力墻結構因具有剛度強、成本低、外觀美等特點被廣泛應用于建筑結構設計中。本文將結合實際情況對剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用進行分析，旨在促進我國建筑行業的不斷發展。

關鍵詞：剪力墻;結構設計;建筑結構設計

剪力墻結構具有實體墻、截面剪力墻等多種分類，在建筑設計過程中應結合施工現場的實際情況、建筑功能等多方面因素，按照一定設計原則進行設計，以保證剪力墻結構的合理性。由于剪力墻結構可有效節約空間及施工成本，且施工簡單、方面，因此逐漸成為建筑施工中一種較為常用的結構方式。本文將結合實際情況對剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用進行分析，以期為今后的相關工作提供寶貴經驗。

一、剪力墻結構的種類

現階段我國剪力墻結構主要分為以下幾種類型：第一，壁式框架剪力墻。這種剪力墻在受到外界壓力時會產生與框架接近的剛度，若是在高層建筑仲裁改用這種剪力墻將很容易出現反彎點的情況，不利于建筑的穩定。第二，實體墻。這種剪力墻的墻體上通常無開洞或者開洞較小，具有較強的承受力，可有效保證建筑的安全與穩定。第三，雙肢或多肢剪力墻。這種剪力墻只有一個洞口，且開洞面積較大，由于這種剪力墻墻肢的剛度大于連梁剛度，因此在施工過程中極有可能導致連梁的中間部位出現彎點。若是各剪力墻具有一定的剛度則剪力墻可起到良好的連接作用，將分散的各肢體墻連接在一起，從而形成多肢剪力墻。第四，整體小開口剪力墻。當開洞面積占剪力墻的15%以上時，正應力的分布通常會較為分散，且會朝著洞口兩側的橫截面方向發展并形成額外的新正應力，而這時受到正應力的影響剪力墻會產生不同程度的彎矩應力。當開洞面積較小時，彎矩應力將會逐漸減少，因此設計師在設計的過程中應結合力與變形兩方面知識，對開洞大小進行科學合理的設計，盡可能減少剪力墻所產生的彎矩應力，同時在進行計算的過程中應根據實際情況適當調整材料力學計算法的方式。小開口剪力墻主要是指開口面積較小的剪力墻，且兩側橫截面的彎矩小于剪力墻的整體彎力[1]。

二、剪力墻結構設計所遵循的基本原則

（一）連梁超限的解決辦法

連梁超限主要有以下幾種解決方式：①改變連梁尺寸，在減小連梁高度的同時適當增加連梁跨度。②通過采用彎矩調幅法降低連梁的彎矩設計值。③使用鋼板混凝土，設計人員可以在設計過程中將鋼板設置于混凝土連梁中，以增強連梁的承載能力。④開水平通縫，通過在連梁上開水平通縫可以有效降低連梁高度，同時連梁的跨度與之前相比也有了顯著提高，使得連梁在地震的作用下可有效減輕剪切變形的影響。⑤交叉配筋。交叉配筋主要是通過使用混凝土中相互交錯的鋼筋來抵抗由于地震產生的各種剪力，在使用這種剪力墻時應注意將交叉鋼筋與主筋所在的方向一致，使得鋼筋在受力彎曲時具有抵抗主拉應力的作用，盡可能緩解裂縫出現或加劇的速度。

（二）避免剪力墻和平面外的梁搭接

由于剪力墻自身具有內剛度較強、實際承載能力較大等特點，因此在將平面外梁與剪力墻進行連接時，將極有可能導致強制出現外彎矩，這主要是由于剪力墻受到自身特點限制，使得墻體的外剛度較低，最終導致外彎矩的出現。然而設計人員在設計的過程中通常不會注重計算平面外剛度與承載力，因此，設計時在設計剪力墻結構時應盡可能避免出現外搭接情況，若是在設計過程中無法有效避免這一狀況的出現，則設計人員應結合實際情況采取科學、合理、有效的方式進行預防，使得剪力墻平面外的安全與質量得以有效保證。

（三）以主軸為中心，向四周延伸

設計人員在進行剪力墻位置布置的過程中應以“主軸為中心，雙向、多向四周延展”為主要的設計原則，同時應保證剪力墻可以通過不同方法盡可能有效連接，而為了保證設計結構的抗震性應使剪力墻兩個方向的側向剛度較為接近以增加剪力墻的穩定性。此外，在設計剪力墻時應注意數量，過多的剪力墻會使各個剪力墻在施工過程中出現利用度下降的現象且會嚴重影響剪力墻的抗側力剛度，而較大的自重也會為剪力墻的正常工作帶來一定阻礙;若是剪力墻的數量過少也同樣會降低剪力墻的抗側力剛度，使得剪力墻的作用無法在建筑結構中得以充分體現。

三、剪力墻結構設計中容易出現的問題分析

設計師在設計剪力墻結構時應注意將側向剛度控制在較小范圍內，只有在采用全剪力墻結構時才可以適當增加側向剛度。側向剛度的增加會在一定程度上將地震作用放大，不具備較強的經濟性與合理性。根據底層剪力墻厚度設計要求中的相關內容，在抗震設計中，筒體和一般剪力墻所承受的地震傾覆力矩應大于總底部地震傾覆力矩的半數。此外，部分設計人員在設計的過程中存在將長度較短的墻斷畫成約束邊緣構件、將縱向鋼筋均勻配置在墻段內等情況，使得墻肢附近的鋼筋無法起到保護作用，不利于建筑結構的安全與穩定。

四、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的具體應用

在建筑結構設計中，剪力墻結構設計主要應用于以下兩個方面：第一，對大墻肢進行處理。剪力墻設計結構在建筑結構設計過程中應具有延性特點，從而有效降低脆性剪切破壞，當剪力墻的高寬比大于3時，剪力墻會逐漸朝著延性高、易彎曲特點變化。在設計過程中若是剪力墻的長度較大，為滿足剪力墻的高寬比大于3這一條件，設計人員可根據實際情況在剪力墻上進行開洞，將墻體分割成均勻合理的獨立強段，以降低墻體出現受彎裂縫的概率，同時有效增強了剪力墻配筋的支撐能力，進一步提高可建筑的穩定性;若是在施工過程中出現長度超過8m的大墻肢時，在樓層建立整體計算中，會將建筑主要的承載力計算在大墻肢上，使得大墻肢會在地震發生時首先被破壞，而小墻肢則會因為配筋量的不足會受到一定程度的傷害，進而影響到地表建筑的安全與穩定性。因此，為了有效避免上述情況的發生，設計人員在設計剪力墻結構的過程中遇到墻肢大于8m的情況時可根據實際情況選擇適當的解決方式，目前有效的解決方式主要有兩種：①開施工洞，即在施工過程中在剪力墻的墻體上開洞，以方便施工人員將大墻肢合理分割為小墻肢來減輕損壞程度，然后在施工結束后將洞回填;②增開計算洞，施工人員可在計算時設置計算洞，并在施工過程中設置混凝土墻以提升小墻肢配筋的工作性能。

第二，合理布置平面。設計人員在設計剪力墻結構的過程中應注意進行雙向或多項布置，在布置過程中應沿著主軸方向或其他方向進行布置，同時應將“對稱原則”運用至中布置剪力墻平面的過程中，使得剪力墻面結構的剛度與強度作用于剪力墻體上的中心可以重合，在設計過程中應注意控制好抗側力剛度，盡量將抗側力剛度控制在較小值。此外，在設計過程中應在保證側向剛度科學合理的前提下根據實際情況設置剪力墻的間距，以有效提高剪力墻抗側力的剛度與承載能力。

五、結語：

綜上所述，現階段我國的剪力墻結構工程在建筑結構中的應用已經取得一定成果，因此相關設計人員在設計剪力墻結構適應注意遵循相應的設計原則，根據實際情況以及工程要求來設計剪力墻結構，以保證剪力墻結構的科學性、合理性、經濟性，在有效保證施工質量的同時降低企業的施工成本，使得剪力墻結構可以在建筑工程中充分發揮職能，提高人居環境的舒適度，促使企業經濟效益最大化。

參考文獻：

[1]唐秀橋.剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用探討[J].建材發展導向，2014（2）：39-40.