剪力墙结构设计

孟庆福　刘磊

摘 要：针对人们不断增长的物质文化需求，和现阶段在我国土地资源紧张的现状，高层建筑在蓬勃发展的同时也朝着功能用途多元化发展。在高层建筑的结构设计过程中首先要考虑的就是建筑物的竖向传力问题。剪力墙结构良好的抵抗侧向力和承受传递竖向荷载的优点使它成为高层建筑的主要结构形式。

关键词：剪力墙；结构设计

剪力墙结构是以人们对建筑功能和质量的要求越来越多的背景下产生的。在建筑中采用剪力墙结构可以达到对建筑结构的优化，剪力墙结构在实际施工中不仅抗侧刚度大，提高建筑的抗震能力而且对钢材的用量也会减少。随着剪力墙在我国的建筑结构中的地位的不断提升，对剪力墙结构的探讨也越来越有实际意义。

1 剪力墙结构概述

1.1 剪力墙结构简介

高层建筑混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架-剪力墙、板柱-剪力墙和筒体结构等结构体系，不同的结构有不同的优缺点，被应用于不同的建筑当中。

剪力墙结构是由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构，“剪力墙（shearwall）”，在现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011中称抗震墙。

1.2 剪力墙结构的分类

剪力墙结构的分类依据是剪力墙墙体上的开洞以及开洞的尺寸等。其中，不开洞的为实体墙，开洞的又根据洞的具体情况分为小开口剪力墙、多肢剪力墙、壁式框架剪力墙。

实体墙是指截面墙体没有开洞或者开洞面积小于墙体面积的15%。实体墙的承载力比较强，在受力变形时主要变形是曲型，画弯矩图时既不会发生反弯也不会产生突变。

整體上小开口的剪力墙是指在墙体的开洞面积不超过15%。小开口剪力墙的变形主要是弯曲形变，在画弯矩图时虽然不会有反弯的情况但是可能发生突变。

多肢剪力墙是指墙体的开洞面积过大或者开洞洞口在墙体上成列状分布。在受力时弯矩图的变化和整体上小开口剪力墙类似。

壁式框架剪力墙是指在墙体上开洞尺寸较大并且墙肢线上的广度和墙体的连梁线刚度相差不多。这种墙体的变形为剪切变形，受力特点和框架结构类似。

2 剪力墙结构的优缺点

剪力墙结构针对不同的建筑类型，施工方法也是不同的。比如居住性建筑，由于卧室和客房等房间面积都不太大，因此剪力墙结构采用现浇剪力墙。采用这种承重墙与隔墙合二为一的施工形式不仅仅可以使室内框架结构简洁而且更加具有经济效益。但是剪力墙结构仍然有一定的缺点，仍然以高层居住建筑为例。钢筋混凝土墙体的自重本身就会加大建筑的荷载，在居住建筑中墙体的数量繁多因而对于地基的要求更加严格，也容易引起较大的地震反应，因此会加大地基的造价和上部结构抗震的造价。在剪力墙结构的设计中往往采用构造配筋的配筋形式，这样的设计钢筋的配筋率较低，结构的延性较差。

历年以来有关建筑物的刚度大小争议不断，但历次的震害表明建筑的刚性越大震害越轻。但刚度越大，造价越高，因此建筑的刚度不能无限制的增大。在高层剪力墙的结构设计中，要充分考虑剪力墙结构的优点和缺点，进而在控制造价的前提之下保证工程的质量。

3 剪力墙结构的设计原则

在设计剪力墙结构时要考虑三个原则：楼层之间最小剪力系数调整原则；楼层之间最大位移与楼层高之间的比例调整原则；剪力墙连梁超限调整原则。

在结构设计过程中要遵守楼层之间最小剪力系数调整原则。在设计时首先在保证安全的前提之下控制剪力墙的数量，进而降低建筑物的自重，增强建筑物的抗震能力。一般来说要保证第一振型底部地震倾覆力矩占总底部同类力矩的40%以内。其次，可以对剪力墙的墙体进行处理，一般采用大开间的处理形式。通过这种处理，使剪力墙结构的侧向刚度得到增加，并且控制楼层之间的最小剪力系数，因而降低工程造价，减少建筑成本。

在结构设计中要遵守层之间最大位移与楼层高之间的比例调整原则。设计时要重点考虑楼层之间的剪切变形和扭转变形。在进行剪切变形处理时要合理设计剪力墙结构，一般而言建筑的剪切变形是通过竖向受力构件的数量来控制的，剪力墙结构设计不合理会导致楼层之间发生扭转变形。针对这种情况，在设计时既要考虑剪切变形还要注意扭转变形以及由于这些变形引起的楼层之间的位移变化。这些可能发生的问题都要求设计人员在设计过程中层之间最大位移与楼层高之间的比例调整原则。

在剪力墙结构设计中要遵守剪力墙连梁超限调整原则。当剪力墙的跨高比不足2.5就可能出现剪力和弯矩不符合规定限度的现象。因而在实际设计过程中要尽可能保证这个比例大于2.5。值得注意的是，这个比例并不是越大越好，针对不同的构件有不同的规定。比如在保证剪力墙的连梁高度不变的前提之下当剪力墙连梁的跨高比介于5到6时就会出现超过规定的限度的弯矩剪力值的现象。因此在实际的设计中如果需要大于5的跨高比就要采用框架梁的方法进行结构设计。在设计过程中保证连梁在规定的范围内，不仅仅可以保证施工质量还可以控制建筑成本。

4 设计中需考虑的要点

在设计中要考虑剪力墙的数量、剪力墙的平面布置方法和其他因素。

剪力墙的数量并不是越多越好，而是要根据建筑等级和要求合理设定，否则不仅仅造成资源浪费还会增加建筑自重。剪力墙的平面布置方法也是设计时需要考虑的，不合理的设计会降低剪力墙的抗震能力。在设计时还要考虑工程造价等因素，进而在预算范围内设计出符合安全保障的剪力墙结构。

5 结 语

剪力墙结构对促进我国的建筑结构的优化发展有重要意义。因此在实际的结构设计过程中，设计人员要根据建筑类型，建筑用途，建筑基础情况对剪力墙结构进行合理设计。在设计过程中充分考虑采用剪力墙结构的优缺点以及设计原则，不断探索新的设计施工工艺，进而弥补剪力墙的缺点，使整个建筑的质量更好，成本更低，施工更方便。

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