建筑結構設計中剪力墻結構研究

趙暉來

【摘要】隨著我國社會主義經濟的不斷飛速發展和現代人類財產生活物質水平的不斷提高，建筑設計結構工程師為了充分滿足現代人們對各種建筑工程結構的新技術要求，剪力墻工程結構設計作為一種常見的新型建筑工程結構設計形式，廣泛應用于各類建筑工程結構施工中，保證了建筑工程結構的實用性、安全性和耐久性。

【關鍵詞】剪力墻結構;建筑結構;應用研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.036

剪力墻提高了各類建筑的抗震性能，對保護建筑主體結構的安全和保證施工具有重要作用。本文主要著重分析探討我國目前的建筑剪力墻結構建筑主體結構在我國建筑主體結構設計過程中的實際應用，可以使其更好地滿足我國建筑結構強度需求及建筑抗震性能需求等。

1、剪力墻結構的概念

采用單層鋼筋混凝土板結構來代替我國傳統的建筑框架結構中的梁柱，以此充分承受水平豎向和垂直水平兩個方向的各類建筑荷載，使其充分發揮最大化的建筑使用性能。一般采用剪力墻作為結構的墻體建設工程規模較大，并具有能夠精確控制結構的垂直水平的應力，與墻體柱子的橫向受力平衡程度非常相似，采用優質鋼筋混凝土板材，來承受墻體豎向和垂直水平的應力的墻體結構稱為剪力墻，是現代建筑墻體結構中常見的一種結構剪力體系。剪力墻對于結構的內部組織整體形狀通常相似于建筑板狀，承擔著各種建筑荷載運動引起的巨大內力，可實際使用厚度較小，決定了建筑剪力墻對于結構的具體組織形狀以及負荷承受能力的影響大小。剪力墻墻體結構主要用途是指用于豎向的單層鋼筋混凝土剪力墻板，承受來自橫向垂直水平方向和來自水平垂直方向的剪應力的墻體結構，從而有效地控制了在建筑墻體結構中所產生的力和水平方向力，具有良好的耐壓抗震性，因此得到了較為廣泛的技術應用。

2、剪力墻結構的分類

2.1實體墻

所謂開洞實體墻，一般是指面積不超過整面墻開洞面積15%的墻-剪力墻，以及墻開洞與墻邊緣的凈距離，而在地形情況下，墻洞口與墻邊緣的凈距離遠大于洞口邊長，完全可以忽略墻洞口對整個墻體的美學影響。這種新型剪力墻的橫向變形主要是彎曲墻的形式，截面正反力仍符合平面墻截面力的假定，在剪力墻肢上的高度傾斜方向上既不會因此出現任何突變，也不會因此出現任何反應力彎點。不開洞實體墻，是指無開口實心墻或小開口剪力墻，其受力狀態類似豎向懸臂構件。當剪力墻高寬比較大時，正應力呈線性分布。

2.2多肢剪力墻

所謂多肢連梁剪力墻，一般是指當剪力墻沿同一豎向連梁有一根或多根連梁大開孔柱時，由于柱的大開孔，剪力墻連梁截面的完整性受到嚴重破壞，剪力墻連梁截面的整體變形，不再屬于與墻平面一致的截面變形假定，而支撐墻肢的剪力線剛度，剪力線的整體剛度遠大于同排兩孔連梁的整體剛度。這時，連梁剪力墻由一系列受約束的主墻肢組成。[1]

2.3壁式框架剪力墻

所謂剪力墻型連梁框架設計，一般是指只有當剪力墻有一排多列連梁洞口時，且每個洞口的連梁尺寸較大，特別是當每個洞口上連梁的角剛度遠遠大于或非常接近連梁線剛度的邊梁和墻肢的每個洞口都非常接近墻框，因此框架設計應按“墻框”格式進行，并有剛度區。此時，在一定水平剪切荷載力的作用下，其柱的彎矩變形圖不在大型樓層結構處不會有橫向突變，而且在大多數的大型樓層結構中都可能出現水平反彎點，整個結構框架的彎矩變形，以水平剪切面和變型變形為主。

3、剪力墻結構的設計原則

3.1合理控制剪力墻高度和寬度比

當應力比過小時，可根據剪力柱結構的要求高度進行設計，柱形受力顯著的結構傾向于剪力柱結構。由于豎向剪力墻與其他柱剪力墻結構的區別主要在于肢長和肢厚的不同，另外還要增加樓層豎向剪力構件的運動剛度，同時調整不同樓層間的側向位移，避免由于剪力墻和橫向平面上的外梁互相連接而致使剪力墻肢外彎，沿著橫向平面外梁作用在墻上，承擔樓層相應的橫向水平扭轉應力，就這樣形成了顯著的橫向扭轉應力變形和剪切應力變形等幾何結構特征。如果高層豎向扭轉構件變形數量很多，不能有效率地滿足不同樓層間橫向位移的設計需要，在高層建筑物中設計應盡量減少橫向扭轉時的變形。

3.2墻體整體結構作用力

計算縱向剪力墻的墻體寬度，按照斜面和截面寬度受力時，剪力墻承載力大小，進行寬度分析和測量驗算。這種墻體設計計算形式，還具有一個必要的設計前提條件，墻體結構所受外部負荷力的作用比較集中且大，取決于剪力墻與水平墻體內部整體支撐結構之間的最小連接距離，通常都可以是剪力墻肢總建筑高度的1/10，計算正向橫截面墻體承載力和計算水平墻體擴展力。為了有效防止各種安全隱患的同時發生，使其發展成為一種雙肢移動剪力墻，減輕整個建筑樓層結構的自身移動重量，提高整個建筑樓層結構的移動強度，這樣就可以使得雙肢剪力墻和整個建筑結構之間，能夠形成安全的移動抗震應力體系，充分保證建筑樓層結構剪力抗震系數的穩定安全性。

4、剪力墻的設計重點

4.1控制剪力墻的數量

剪力墻板的墻體框架結構主要特點是在墻體上的側向性和傾斜性高剛度大，整體性好，用優質不銹鐵型鋼承載的重量大且可節省等。但它的最大缺點也就是自重大，如果使用剪力墻，在建筑布置時的剪力墻數目過多，會直接使得整體結構建筑中的結構設計，吸收更多的墻體自然地震和機械應力，甚至可能會導致剪力墻體中的含鋼量等多項相關整體建筑結構設計不合理，導致整個建筑結構設計過程變得更加復雜和不安全。如果局部大型剪力墻的布置過于復雜，不宜集中修剪，容易導致剪力過大、扭轉不規則等不利后果。因此，在進行建筑墻體整體設計時，首先要嚴格遵循使剪力墻和結構的整體材料利用達到合理剛度的基本原則，且剛度值不宜過大或過小，爭取以最少的建筑材料，利用剪力墻體物進行整體布置，獲得最大的建筑整體布墻結構物的利用經濟效益。

4.2剪力墻的平面布置

由于在剪力墻建筑結構中，全部水平豎向受力荷載和全部水平承受力都必須是由建筑鋼筋混凝土剪力墻來直接承受的，因此建筑剪力墻結構應該沿著建筑平面主要支撐軸線的不同方向排列進行合理布置。其次，在整個剪力墻的整體平面布置中，為了能夠使剪力墻的質量控制中心與其他高剛度墻的中心質量保持一致，對于左右對稱結構，剪力墻對稱布置更有利于減小剛性與形心的偏心不利影響，這樣就可以同時起到大大降低控制剪力墻運動扭矩的重要作用。[2]

5、建筑結構設計中剪力墻的應用

建筑結構設計中剪力墻的應用更多的是結構的抗側力構件，從結構上講剪力墻的應用是提高建筑水平抗側力能力，提高抗震性能，從建筑上講，如何合理的利用剪力墻劃分建筑功能。剪力墻在建筑施工的使用過程中，由于墻體結構本身容易呈現出彎曲或者破壞墻的形式。通常這種情況下，剪力墻在建筑設計過程中，極容易形成高層框架結構的建筑剪力墻，對剪力墻的抗剪承載力有一定的要求，對于建筑結構的抗剪承載力起著重要的支撐和保護作用。在建筑設計師的工作中，結構墻體的施工和裝飾設計往往需要使其具有相應的墻體延伸結構特點。滿足其結構承載力的最高要求是將整個剪力墻結構在此基礎上，劃分成均勻獨立的小塊，這對于不斷提高其結構完整性具有重要意義，在剪力墻及其工作環境中承載力的強度，具有相對穩定的作用。對于高層剪力墻，也可以在剪力墻內部結構的整層集合中間，進行整層和中間隔墻的設計。

結語：

剪力墻廣泛應用于各種建筑的結構設計中，它能夠有效提高各種建筑結構整體墻在結構中的剛度以及建筑抗震動的性能。借助建筑剪力墻的科學結構，幫助建筑設計提出科學安全的建筑剪力墻結構類型，使建筑剪力墻的科學結構分析作用得到充分發揮。

參考文獻：

[1]肖輝.建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用研究[J].智能城市，2018，v.4（11） ：45-46

[2]蘇長春.建筑結構設計中剪力墻結構設計的使用研究[J].房地產導刊，2017（23）：34-34