剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究

高山棚 强霖

【摘 要】目前，随着我国经济的迅速发展，科学技术水平的不断提高，我国的建筑行业得到了突飞猛进的发展。在其发展过程中，不免会遇到新的问题和挑战。当下，人民生活水平提高了，对生活的追求境界也升华了。所以，现在的建筑不单方面的是要满足人们的住房需求，同时也需满足人们对建筑的使用功能的要求，另外，无论是形态上还是结构上，都要满足人们对生活的享受和美的追求。为了更好地适应市场经济的发展，建筑行业在结构上必须进行改革，新的结构模式设计不断地创新。在此情况下，为了更好地满足高层建筑样式的创新、功能要求及结构的安全性，剪力墙顺势而起。

【关键词】建筑结构；剪力墙；应用

【Abstract】At present， with the rapid development of China's economy and the continuous improvement of science and technology， China's construction industry has developed by leaps and bounds. In the course of its development， it will inevitably encounter new problems and challenges. At the moment， the people's living standards have improved， and the pursuit of life has also sublimated. Therefore， the current construction is not only to meet people's housing needs， but also to meet people's requirements for the use of buildings. In addition， both form and structure must satisfy people's pursuit of life and beauty. . In order to better adapt to the development of the market economy， the construction industry must be reformed in structure， and the new structural model design is constantly innovating. In this case， in order to better meet the innovation， functional requirements and structural safety of high-rise building styles， shear walls follow the trend.

【Key words】Building structure；Shear wall；Application

剪力墙，其结构具有抗侧刚度大、侧移小，且抗震性能超好的特点，在建筑结构设计的很多方面都得到了广泛的运用，尤其是在高层建筑的结构设计方面。同时，在建筑结构设计中，因建筑形式及要求的迥异，对剪力墙的使用类型、布置位置和尺寸大小的要求也不尽相同，并且，目前在许多施工方面还没有明确规定出如何进行正确的施工，因此，在设计和构造的过程中，设计人员除了要根据自身经验做参考以外，还要遵循一定的构造建筑原则。本文现就根据对剪力墙结构和类型的概述，对其在整个建筑结构设计中的应用加以分析，以便建筑结构得到完善和优化，使建筑行业更好的发展，提高建筑施工的质量，保证居民的人身安全。

1. 剪力墙结构的概述及设计中的基本概念

剪力墙结构，是一种剪力墙体，即其建筑墙肢的截面高度与其厚度的比值在5～8范围内；亦是用钢筋混凝土板代替昔日建筑物中承受水平和竖向方向荷载作用的墙体。剪力墙虽有侧移小、防震能力大、抗侧刚度大、承重力强、使室内墙面平整等优点，在高层建筑中得到广泛的使用，但是，高层建筑的墙体也不能完全只是用剪力墙，一方面是因为剪力墙造价高、施工程序复杂，另一方面则是过多的使用剪力墙会使建筑物的质量遭到损坏，从而影响建筑物的寿命。另外，在剪力墙结构设计过程中还要充分考虑其抗震能力，要准确把握好剪力墙墙体所承受的地震倾覆力矩与结构承受的地震力矩之间的比例关系。在剪力墙使用数量较少时，更要把这两者之间的比例控制在一个合适的范围内，通常会适当的减轻剪力墙墙体承受的倾覆力矩，同时把减轻的力矩控制在15～40范围内。

2. 剪力墙结构的分类

剪力墙一般分为四类，其依据：剪力墙墙体是是否开洞或者是开洞尺寸的大小。

（1）實体墙。实体墙是一种有开洞或者没开洞的墙体结构，但若开洞则是开洞面积小于15%。此剪力墙主要为曲型变形，形象地说像一个整体的悬壁墙，在墙肢高度弯矩图上，既不存在弯点也不会发生突变。

（2）整体小开口的剪力墙。是指开洞面积在15%以内的墙体，其受力特点：虽会在连梁处发生突变，但墙体弯矩图则不会产生弯点。

（3）双指或多支剪力墙。即开洞面积过大或者墙体上的洞口成列状分布。与整体小开口墙的受力特点相似。

（4）壁式框架剪力墙。是指墙体开洞尺寸较大，且其墙肢线上与墙体连梁线上的刚度接近。它的受力特点与其他剪力墙不一样，它不仅弯矩图会在楼层处发生突变，而且在建筑的大多数楼层内产生弯点。

3. 剪力墙结构在设计运用时的选取

剪力墙长度和宽度尺寸与其厚度相比比较大，根据构件设计的要求不同，使用的设计长度与厚度则不同。

（1）剪力墙结构的厚度。

相关规定指出，剪力墙底部加强厚度为一、二级抗震时最好大于200mm，且楼层高度不得小于其1/16，别的地方则不小于160mm。为了确保整体的连接并且达到减少墙体厚度的效果，在剪力墙结构设计过程中，要具体分析设计概念及要求，有效的控制墙肢轴压比例。

（2）墙体长度。

剪力墙墙体高度即为墙体截面高度，其长度不应超过8m。确保剪力墙结构的延性是设计剪力墙结构的关键。若要是避免脆性的剪切破坏，可将剪力墙设计成高宽比大于2的细高剪力墙结构。但有时由于墙体本身长度很大，要想保证比值大于2，就可以采用开洞的方法将其变为均匀的连肢体墙，而其洞口采用约束弯矩比较小的弱连梁的效果较好。

4. 剪力墙结构的设计原则

在剪力墙的设计过程中，应根据规范的设计具体要求和考察，判断选择是否合理，切记不能盲目的采取设计手段。只有在设计是遵循一定的规范要求和原则，才能使剪力墙结构设计达到规范化、完整化和安全化。

（1）调整建筑物楼层之间的最小剪力系数的原则。

在建筑施工过程中，为了达到降低建筑物自身重量和增加建筑承受地震的能力的效果，应该在不超过规定系数范围内尽量地减少剪力墙的使用数量，以便于把楼层的最小剪力系数控制在设计要求所规范的限制内。

（2）剪力墙连梁超限的调整原则。

此原则主要是要求在进行剪力墙的设计过程中，根据剪力墙结构设计标准，其连梁的跨高比值一般情况下要大于2.5.若其比值在2.5以下的话，容易出现墙体的弯矩和剪力值超出有关技术所规定的限值的状况。另外，绝大部分剪力墙的连梁跨度会超出比值到5，此时就需用框架梁的方式来完成其连梁的建设。而对于超出比值在5～6范围内时，要想确保其墙体不发生刚度不发生变化，则剪力墙的剪力或弯矩就会出现异常，超出其结构设计规定的要求。因此，在进行剪力墙结构设计时，对剪力墙连梁的超限进行调整，实现有效的对建筑工程投入的资金成本进行控制。

（3）建筑物楼层层高与层间最大位移之间的比例调整原则。

在对遭遇地震作用影响较多的建筑楼层进行最大弹性层间位移值规定和规范时，把以变形为主要形式的高层建筑排除在外，且计算其他建筑时可不扣除其整体的变形弯曲，而转换为扭转变形的计算。其中，竖向构件数量是控制剪切变形的决定性因素，但是，竖向构件不能过多使用，否则会引起结构的扭曲变形。因此，在对高层建筑惊喜结构设计是，应该尽可能的缩小扭转变形。

5. 剪力墙结构设计在建筑行业结构设计中的应用分析

（1）剪力墙的平面布置。

在其平面布置中，应尽可能的依据对称、均匀的原则，尽力使墙面结构本身的刚度和质量中心完全重合进行布局，从而达到较少扭矩的效果；而对内外剪力墙来说，则应尽量拉通、对直；在抗震设计要求情况下，剪力墙应避免仅采用单向有墙的布置形式；另外，還应控制剪力墙的抗侧力刚度，来增加剪力墙的利用空间和承载能力；还应注意剪力墙的间距不应过密。

（2）约束边缘构件处理。

剪力墙的边缘构件大体上分为两种，即无约束边缘和有约束边缘的构件，两者相比较，则无约束边缘的矩形截面积的极限承载力约降低40%，极限楼层位移角将减少一倍，对地震能量的消耗也会有所减少，并且会对墙板的稳定造成影响。由此可见，在构件设计选择时，应严格根据不同级别和类型的剪力墙的相关轴压比进行分析，从而选取相应的边缘构件。

（3）剪力墙墙身钢筋分析。

国家对剪力墙的水平和竖向分布筋的配筋率做出了相关的规定，比如，一二级抗震建筑物的设计应保证小于0.25%，而对于非抗震和四级抗震的设计不该低于0.2%。另外，这个配筋率在有关规范性文件中都有提到。

6. 结束语

综上所述，为了满足我国建筑行业及其施工科技技术完善的市场需求，虽然剪力墙构件设计已经得到了广泛应用，但在实施建设施工过程中，我们还是应该依据其基本概念进行设计，并且重视和认真把握设计中应遵循的应用要求和调整原则，进一步的选取合理的剪力墙长度、宽度及厚度，使设计得到最佳效果。另外，设计人员还应进行不断的学习和创新，只有两者结合，才能保证建筑结构的稳定、经济、安全，有效缩小工程成本，从而促使我国建筑行业将抗、和谐、可持续发展。

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[文章编号]1619-2737（2018）06-16-890