建筑结构设计中剪力墙结构的应用

钱鑫

【摘要】在建筑结构设计中剪力墙设计是其中一个重要内容，随着我国建筑行业的不断发展，剪力墙在高层建筑中的作用越来越重要。剪力墙本身的设计也逐渐成为一项专业性工作。在人们生活水平不断提高，对建筑设计要求越来越高的背景下，加强建筑结构设计中剪力墙设计的探讨具有重要意义。

【关键词】剪力墙；结构设计；建筑结构

近年来，随着我国经济发展水平的不断提高，建筑行业迅速发展。为 了满足人们对建筑功能和建筑质量的更高要求，优化建筑结构显得尤为必 要，剪力墙结构在这种情况下应运而生。由于剪力墙结构具有抗侧刚度大、 用钢量小以及抗震能力强等优点，因此在建筑结构设计中得到了广泛的应 用，目前已经成为我国主要的建筑结构形式之一。剪力墙结构设计在我国建筑结构设计中占据着重要的地位，探讨剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用具有重要的意义。

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. 剪力墙优劣势分析

剪力墙结构设计合理，仅仅利用较少的钢量就可以达到很高的刚度， 从而确保整体性良好。基于这种优势，目前剪力墙结构已经广泛应用于高 层建筑工程中。住宅建筑的风格多样化进展过程中，室内的不均匀布置与 分隔墙在住宅建筑中应用越来发挥多，建设单位多采用把承重墙与分隔墙 利用现浇混凝土的结构来进行设计，充分体现了经济性的要求，同时也满 足业主需求。凡事都有两面性，剪力墙结构也存在着一定的缺点。在剪力 墙结构中混凝土使用量较大，会不断增加建筑结构的重量，在发生地震等 灾害时，由于抗接侧刚度大，上层将会产生结构不稳定的现象，从而对高 层人们的正常生活造成威胁。在剪力墙的结构设计计算中，要有效发挥结 构优势，避免劣势问题，或采取相应的补充措施，对缺陷进行有效化解。

3. 建筑结构设计中剪力墙结构的应用

（1）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）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。

（3）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。

（4）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。

（5）合理设置边缘构件。

在剪力墙结构设计过程中边缘构件的设置是一个重要内容。从以往的 经验我们可以看出有约束边缘构件的矩形截面剪力墙和无约束边缘构件 剪力墙相比有着明显优势，极限承载力有了显著提升，比无约束的提升了 40%。边缘构架通常分为约束边缘构件和构造边缘构件两种类型，这两种类 型的边缘构件的应用需要根据实际情况来进行设置。一般情况下当墙体平 均轴压比不小于规定值的多层房屋一般设置的是约束边缘构件。一、二级 剪力墙底部加强部位以上的一般部位，三、四级和非抗震设计的高层建筑， 底部加强部位，相邻上一层轴压比小于规定值的多层房屋剪力墙，均应设 置构造边缘构件。总的来说就是要根据实际情况科学合理的进行设置。

4. 结束语

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。