剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

王玉芳

摘要：随着我国经济的快速发展，城市化进程逐渐加快，使得各项技术和事业不断的更新与发展。建筑行业作为我国国民经济重要的组成部分之一，也在不断进步。近年来，人们的生活水平不断提高，对建筑结构设计的要求也越來越严格，剪力墙技术应运而生。在我国建筑工程中，剪力墙结构具有刚度大、用钢量小等优点广泛的运用于我国建筑结构设计中。剪力墙结构设计在我国建筑结构设计中的地位越来越突出，不仅可以将承重墙和分隔墙以现浇剪力墙的形式体现出来，还可以节约资金成本，为企业创造最大程度的经济效益和社会效益。

关键词：剪力墙结构；建筑工程；建筑结构设计

一、引言

随着近年来我国城市人口急剧增加，在城市化进程加快的同时也推动了我国房地产的发展。在我国建筑工程中，剪力墙结构具有抗侧刚度大、侧移小和抗震性好等优点，被广泛运行于不同的建筑结构设计中。但是就目前剪力墙发展情况来看，在进行建设结构设计时难免会出现一些问题，对建筑的整体性能造成了一定的影响。如何在设计阶段满足建筑的样式创新、功能需求及结构安全等，是广大建筑企业和技术人员重点研究的一个方向。笔者结合多年的工作经验，对剪力墙结构在建筑结构设计中的应用问题进行了探究与分析。

二、剪力墙结构概述

（一）剪力墙结构的含义

剪力墙结构是用钢筋混凝土的墙板代替原来建筑物中的框架结构，以便更好的制约建筑结构产生的水平力，最大程度的承受建筑物产生的负载量。简单来讲，就是把建筑物之前承担竖向和水平方向的负载墙体用钢筋混凝土墙板代替。因剪力墙结构有较好的经济效益，被广泛地运用于我国大多数高层建筑中，节省了建筑资金的成本投入。当然，如果一个建筑需要多个剪力墙，可以把剪力墙和筒体一起使用，最大程度承受建筑物水平方向上的荷载作用。虽然剪力墙结构有很多优点，但是在建筑结构中也不可全部使用，否则会影响建筑物的质量，缩短建筑物的使用寿命。建筑物中剪力墙结构数量较少，可以减轻剪力墙墙体承受的倾覆力矩，并控制在15—40%范围内。

（二）剪力墙结构的分类

剪力墙结构一般是按照墙体上是否开洞或者开洞的大小来分类的，具体分为以下几类：

（1）实体墙。实体墙存在开洞和没有开洞两种情况。往往开洞的面积不能超过剪力墙墙体面积的15%，实体墙墙体承受能力一把较强，其弯矩图处不会发生反弯或者突变的异常情况。

（2）双肢或多肢类型的剪力墙。这种类型的结构一般是在剪力墙墙体开洞面积较大或者洞口成列状排列。一般情况下，剪力墙的弯矩图处也不会出现反弯等情况，但是在其连梁处可能会发生突变等异常情况。

（3）壁式框架剪力墙。这种类型的剪力墙墙体上开洞很大，且剪力墙墙肢线的刚度和墙体连梁的刚度十分接近。通常会在建筑物中出现很多异常情况，楼层处弯矩图点突变最为显著，同样反弯点也会出现了大部分楼层中。

（4）剪力墙整体小开口。往往剪力墙开洞面积在整个墙体面积的15%之内，通常它的异常情况会表现在连梁处，在剪力墙墙体弯矩图点处不会出现异常情况。

三、剪力墙结构设计原则

（一）为了减轻建筑结构自身的重量，增强建筑抗震能力，在建筑结构设计中往往会采用剪力墙结构。剪力墙具有平面外承载力刚度小、平面内承载力刚度大等特点，如果把剪力墙和平面外方向的梁连接时，会产生墙肢平面外弯矩，一般不会计算墙平面外刚度及承载力。因此应该最大可能的避免平面外搭接，也可以采取相应的措施来保证剪力墙平面外安全。

（二）在设计剪力墙时，尽可能让不同方向的剪力墙连接起来，沿着主轴进行双向或者多项布置，最大程度避免拉通对直。通常情况下，考虑到剪力墙结构抗震的能力，必须按照相关规定和标准，尽量设计得简易方便。在设计时最好使两个方向的侧向刚度互相接近，要注意剪力墙墙体所承受的地震倾覆力矩要大于结构承受地震倾覆力矩的50%，地震倾覆力矩位于第一振型的底部。在高层建筑结构中，剪力墙沿着主轴或者其他方向进行多向和双向布置，这样是为了防止单方向有墙设计的出现，使建筑物拥有更好的使用性能。

（三）在处理普通建筑物楼层之间剪切和扭转变形的过程中，需要科学、有效的控制塑向构件的数量。如果塑向构件的数量偏多，就会使得剪力墙的剪重比例偏大，导致剪力墙设计不合理、不稳定，楼层之间的扭转变形就会相对较大，对建筑物的质量带来了一定的安全隐患。因此在建筑物剪力墙设计中，应该采取相应的措施，最大程度的减少楼层之间的扭转变形，引入其他技术和零件更好的调整楼层之间的位移。

四、剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

（一）剪力墙大墙肢的处理

在建筑结构设计中，可以通过开洞的方式把长度较长的墙分割为相对较小的独立强段，使得每段墙的宽高比小于2。剪力墙具有较好的延展性，容易把细高状的剪力墙设计成弯曲破坏的延性剪力墙，有效的防止剪切脆性破坏。为了更好的发挥墙体配筋的支撑力，可以使较小长度的墙段受弯产生较小的裂缝宽度。在发生地震时，往往长度大于8m的大墙肢容易受到破坏，小墙肢没有足够的配筋致使整个墙面结构受到破坏。因此对于长度大于8m的墙肢，需要采取相应的处理方法，如开计算洞、开施工洞等方式。

（二）剪力墙科学的平面布置

（1）考虑到建筑物的抗震性能，剪力墙的结构应该避免单向有墙的结构布置形式。

（2）剪力墙平面尽量均匀、对称的布置，使墙面结构的质量中心和刚度中心完全重合，减少扭矩，最好拉通、对直内外剪力墙。

（3）剪力墙最好沿着主轴或者其他方向进行双向布置。

（4）为了发挥出剪力墙最佳的承载力和抗侧力刚度，增加剪力墙可利用空间，应该保证剪力墙具有合适的侧向刚度，且其间距不能过密。

（三）约束边缘构件处理

相关实验表明：无约束边缘构件的矩形截面剪力墙极限承载力比约束边缘剪力墙降低了40%，极限层间移角减少一倍，对墙板的稳定性造成了一定的影响。通常情况下，剪力墙设置的边缘构件包括约束边缘构件和构造边缘构件。对于两者的选择，需要从建筑物的不同类别、不同结构进行科学合理选取，从而保证剪力墙结构的稳定性，进一步保证建筑物的质量安全和使用性能。

（四）剪力墙连梁问题的处理

墙肢与连接墙肢的梁成为剪力墙结构中的连梁。在建筑中，剪力墙连梁的作用十分重要，不仅能连接墙肢，还能对墙肢起到约束作用。在水平负载力的作用下，墙肢发生变形，会使得连梁产生内力。同时连梁顶部的内力会减小与之相连墙肢的变形，改变墙肢的受力状态，对其起到一定的约束作用，充分保障了剪力墙的稳定性。

五、结束语

总而言之，随着我国建筑行业发展越来越快，剪力墙结构在高层建筑中的应用前景十分广阔。在建筑机构设计中，应该严格按照剪力墙设计的原则，使剪力墙的建设符合国家的各项规定和标准，并且结合建筑物的相关特点，对剪力墙的构件选择、墙肢处理等做好科学合理的设计，保证剪力墙结构设计的稳定性和经济性，降低建筑工程建设的成本投入，使企业获取最佳的经济效益和社会效益，进一步促进我国建筑行业更好更快的发展。

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