解析建筑结构设计中剪力墙结构的应用

蓝培余

摘 要：建筑结构设计是建筑工程得以顺利实施的基础，是整个工程项目的工作重点，更是保证建筑结构实用性、安全性和耐久性的关键。近年来，人们对建筑结构提出了更高要求，而剪力墙结构以其自身鲜明、突出的优势和特点成为了多层、高层建筑的必然选择，在提高建筑结构整体性、耐久性等方面发挥着不可替代的作用。下面笔者就对建筑结构设计中剪力墙结构的应用进行探析，以供参考。

关键词：建筑结构设计；剪力墙结构；设计原则；墙肢

隨着社会经济的发展和城市化进程的加快，人们对工作、居住环境提出了更高要求，在这种情况下，建筑结构设计也推陈出新，剪力墙结构在建筑结构设计中的应用越来越广泛。剪力墙结构具有较大的抗侧刚度和较小的侧移能力，抗震效果也非常显著，当前已成为多层和高层建筑结构的必然选择。为了发挥剪力墙结构在建筑结构中的整体应用效果，必须把握其设计原则，掌握设计要点，使其不断满足复杂多变的建筑结构的创新要求。

1 剪力墙结构设计原则

剪力墙结构主要由墙肢、连梁两种结构组成，具有良好的抗震性能和较高的刚度，其在建筑结构中的主要作用是抵挡各种荷载特别是风荷载，是建筑物的主要支撑结构。为了使剪力墙结构在建筑结构中的优势充分发挥出来，必须对其进行合理设计和安排。在设计过程中，应遵循以下原则：

（1）控制剪力墙的高度和宽度。对于剪力墙结构而言，其高度和宽度较大，厚度较小，在外形上类似于板状，而受力形态却趋向于柱子结构，所以应根据外形墙体长度和厚度比值进行设计，当比值小于3时，可按照柱体结构要求设计，当比值在3～5之间时，则按照双向受压结构设计，以更好满足弹性、非弹性以及延伸性等要求。

（2）剪力墙结构的平面内刚度和实际承载力较大，平面外的则较小，连接剪力墙和平面外梁时容易使墙肢外弯，基于此，在设计时应尽量避免将两者相连，如果必须连接，则要采取一定的保护措施。

（3）设计剪力墙结构时，必须充分考虑墙体水平、垂直方向上的作用力以及墙体整体结构作用力，同时，计算正截面承载力，并按照斜截面受剪承载力进行分析和验算。若墙体所受负荷作用比较集中且大，应计算出局部受压承载力。

2 建筑结构设计中剪力墙结构的应用

2.1 剪力墙肢种类

按照高度与厚度比，可将剪力墙的墙肢分为一般剪力墙和短肢剪力墙。如果剪力墙高度超过其厚度7倍即高度与厚度比为8：1时，为一般剪力墙，短肢剪力墙中剪力墙的高度和厚度比则为6：1。按照剪力墙墙面开洞大小可将剪力墙的墙肢分为整截面剪力墙、整体小开口墙、连肢墙、壁式框架等，其中，整截面剪力墙开洞或不开洞面积小于15%，这种剪力墙的变形主要为曲型，在整个墙肢高度上弯矩图没有弯点，不会发生突变；整体小开口墙开洞面积大于15%，变形主要是弯曲型，整个墙肢高度基本不存在反弯点，弯矩图主要位置发生了突变；连肢墙或是开口较大，或是成列分部，受力特点与整体小开口墙类似；壁式框架有着很大的洞口尺寸，剪力墙的变形为剪切型，在受力特点方面与框架结构十分相似。

2.2 剪力墙的具体结构布置

剪力墙结构在高层建筑中的应用非常广泛。一般而言，高层建筑需要具备良好的空间工作性能，所以其剪力墙结构的设置应双向布置，这样才能在施工过程中形成完整的结构空间，进而提高建筑物抗震性能，特别是在抗震区域，剪力墙双向墙体的刚度应接近，平面分布要均匀平衡，剪力墙刚度中心与建筑物的中心位置要合理，这样才能确保剪力墙稳定性，使其具备较高承载力。对于截面较小的楼面梁的设计，可采用半刚接或铰接的形式，这样有利于避免剪力墙出现平面外弯。此外，实践经验表明，约束性的截面剪力墙往往比无约束性的截面剪力墙的极限承载力大，抗震消耗能量也高，墙面稳定性好，这就要求我们在进行剪力墙结构设计的时候考虑结构的实际使用效果和承载力，以此决定是采用约束性还是无约束性的边缘结构。

2.3 剪力墙中大墙肢处理

剪力墙结构本身存在延伸性，所以在设计和施工中也需要具备相应的延伸特性，这将直接关系到剪力墙结构的整体性和耐久性。为了避免剪力墙结构出现脆性破坏现象，对于墙体长度较长的剪力墙，在设计时应在确保其满足承载力要求的基础上采用分层间隔方法设计，将剪力墙分隔成一定数量的均匀的独立墙段；对于墙体长度较小的剪力墙，其受弯产生的裂缝宽度就较小，这个时候可设置配筋，充分发挥墙体配筋的支撑作用。当墙肢长度超过8m时，还可采取下面两种方法避免脆性破坏现象的出现：第一，开施工洞，也就是在施工期间在墙上留洞，等到完工后砌填充墙，将长墙肢变为短墙肢；第二，在进行结构计算时在墙上留洞，这样能增强小墙肢的配筋能力。

2.4 剪力墙截面厚度和墙体配筋

相关规定要求剪力墙结构的厚度要根据抗震等级系数选取。为了保证剪力墙结构的抗震性、刚性和稳定性，一、二级剪力墙底部加强部位墙厚应大于200mm，大于层高的1/17，其他部位墙厚要大于160mm，墙端头无翼墙或暗柱的时候，墙厚要大于层高的1/12，但是这些规定不适用于低高层和八度地震区剪力墙结构的设计。控制剪力墙配筋有利于结构的安全性和工程的经济性，在1～3级抗震等级的剪力墙中，竖向、水平分布筋的最小配筋率应大于0.3%，部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率要大于0.35%，上述配筋率比较适用于高层建筑的剪力墙结构设计；对于低层建筑、结构相对较矮小的建筑的剪力墙，其水平分布筋和配筋数量要适当增加。

2.5 连梁设计

剪力墙结构中的连梁是连接墙肢与墙肢之间的梁。当剪力墙受到水平荷载的时候，墙肢可能会出现扭曲情况，连梁装置则能够均衡墙肢的水平负荷力，改善墙肢受力状态，对墙肢起到了一定的约束和稳定作用。可见，墙肢之间的连梁对整个剪力墙结构都具有重要作用，在剪力墙结构设计中是不可或缺的环节，一旦设计失误或是不合理，必然会对剪力墙结构的设计带来不良影响。所以，在进行连梁结构设计的时候，设计师应按照相关规定适当折减连梁结构刚度和高度，适当增加其跨度，从而降低结构刚度，完善抗震结构的设计，缓解地震作用的对剪力墙结构的影响。另外，为了进一步提高结构的承载力和抗震性能，设计师也可适当增加剪力墙结构厚度，增加连梁截面，使连梁装置的作用得到最大限度发挥。

3 结 语

总之，为了满足人们对工作、居住环境的高要求，我们在确保建筑结构安全的前提下，还应从设计层面下功夫，而剪力墙结构的合理设计和安排对于建筑整体结构的设计而言就显得非常重要，其关系到建筑整体结构的稳定性、耐久性和实用性，关系着工程效益的发挥，所以，在建筑结构设计中应用剪力墙结构时，我们必须遵循设计原则，根据建筑结构特点和设计要求合理布置剪力墙结构，使剪力墙结构的价值得以充分发挥，为建筑物整体质量和安全奠定坚实基础。

参考文献

[1]秦莹.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导.2013，（29）：309.

[2]徐玲.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究.2013，（17）：44～45.