建筑结构设计中剪力墙结构的应用

闫欣 景鹏翀

【摘  要】剪力墙应用于建筑的结构设计能够提高建筑整体结构刚度以及抗震性能。借助剪力墙的结构分析帮助设计科学安全的剪力墙类型，使剪力墙的结构作用充分发挥。

【关键词】建筑设计;结构设计;剪力墙;结构应用

引言

剪力墙能够保障建筑质量，其结构应用于建筑中提供足够的安全保障。本文主要以剪力墙结构为对象，介绍了其特点及结构，并对其在结构设计中的应用原则及方式加以说明，以期对未来行业发展有一定借鉴。

1简述剪力墙

1.1剪力墙的结构特点以及类别

剪力墙根据是否开洞来对剪力墙进行类型划分，共分为四种，即实体墙与小开口的剪力墙和框架壁墙以及双肢多肢的剪力墙。剪力墙具有稳定的结构特性，可以有效提升建筑结构的质量安全，但是在施工中由于涉及诸多复杂环节，因此相较于其他结构其施工成本偏高。下面简单叙述不同剪力墙所具备的特征：首先整体剪力墙。这一类剪力墙指洞口没有或者洞口数量较少且一定的剪力墙;其次框架剪力墙。这一类剪力墙通常开洞尺寸较大，同时墙肢，连梁部位十分明显，墙肢偏宽以及连梁的高度较高。由于墙肢及连梁的相交部位形成节点，同时节点尺寸较大，会形成弯曲刚度很大的一处刚性区域;此外水平荷载作用下不计剪切变形以及梁柱的节点刚域，选择D值法进行内力分析;第三联肢剪力墙。这一类剪力墙通常洞口布置成列，剪力墙存在明确的墙肢以及连梁，墙壁所有洞口分布均呈直线;最后小开口剪力墙。这一类剪力墙的洞口沿竖向布置成列，同时整体墙体的洞口总面积占墙面积的15%以上，然而洞口占比依旧很小。由于水平荷载作用使得剪力墙出现整体的弯曲变形，与此同时墙肢出现局部变形，值得注意的是局部变形这一过程中墙肢变形绕着截面的中心轴出现，此外对应处局部弯曲的应力以及墙肢造成的整体墙体弯曲应力也会相应出现。安全问题是建筑进行剪力墙的结构设计时最重要的问题。然而建筑进行剪力墙的结构设计时被资金与设计技术水平等因素影响，使得结构设计的质量难以完全满足建筑要求。优秀的结构设计是建筑提高安全性的前提，借助先进技术对设计流程进行优化，最大限度上增强建筑安全，满足建筑质量要求。此外可以抵消大部分水平剪力以及作用力的组合应力，因此使得剪力墙相较其他建筑结构具有良好的抗震性;此外能够符合建筑结构的美观设计要求。

1.2剪力墙的布置要求

整体建筑的结构设计中剪力墙往往承担传导荷载，风荷载与地震轴力以及剪力作用的组合作用，此外还起到建筑隔离墙作用，通常情况剪力墙的结构布置顺序是沿着主轴线布置的。由于剪力墙的延性变形，弯曲延性以及抗脆性较强，在剪力墙进行结构设计时需要注意使剪力墙高宽相对布置大一点，墙厚要相对布置小一些。

1.3简述剪力墙的设计原则

1.3.1系数调整

建筑进行结构设计首先考虑的就是结构抗震性能，这是由于抗震性能是建筑能够稳定与耐用的保障，需要知道建筑抗震性能的高低主要受到建筑楼层之间水平作用以及剪力的影响，设计首要任务就是把结构间可能受到的水平地震作用造成的剪力以及作用力保持在最低限度。而剪力墙在结构设计中应用需要根据建筑具体的工程项目情况调整好结构重量和相关力学系数，目的是尽量不影响结构自身稳定的基础上，借助自身自重降低的方法有效增强结构抗震的力学性能。

1.3.2连梁调整

若是结构设计出现连梁的跨度比低于五這个数值，那么建筑所受总弯矩所占较小比例的是只有极小部分室友竖向荷载造成弯矩，同时水平荷载作用会产生较大反弯变形引起剪切变形，最终使得墙体内部引起剪切裂缝。如果连梁跨高高于五这个数值时，则总弯矩所占较大比例的主要是受到竖向荷载作用引起的弯矩，其受力情况基本与一般框架梁一致。因此设计需要严格要求结构中连梁跨高比的大小，有效做到剪力及弯矩避免在抗震组合作用下发生不符合设计规定情况。为了安全起见，实际建筑进行剪力墙的结构设计需要设计人员充分分析工程情况，做到具体情况具体分析，同时调整好横梁距离，尽量保证最终工程建筑满足抗震要求，并在保证建筑质量情况下减少成本支出。

1.3.3调整楼层位移

建筑进行结构设计需要注意的设计要点与重点无疑是楼层间剪切变形和扭转变形的位移控制，这项控制想要实现离不开剪力墙的结构应用，对结构进行竖向构件的合理数量调整，能够有效控制最终剪切变形的大小。需要十分注意调整竖向构件，重新安排数量时必须要保障构件合理的数量，由于竖向构件过多结构会导致剪力不平衡，进而影响建筑稳固性，最终导致运营过程质量问题的出现，此外剪力失衡也会出现楼层间因不平衡的剪力出现较大程度扭转变形危害建筑安全。因此设计过程为了结构整体有效提升抗震性能，重点需要关注同一结构的各个楼层的变形以及剪力的变化情况，借助楼层位移以及高度比的变化进行及时的结构调整，使得整体结构科学稳定以及合理。

2简述剪力墙的设计重点

2.1平面布置

剪力墙开始布置时必须注意平面布置的墙体情况，剪力墙虽然有着竖向荷载较强承受力，然而横向荷载仅有较弱承受力，剪力墙结构体系中横向荷载多数依靠楼板负担，因而布置墙体时保证刚度的中心及墙体质量的中心处于同一中心点，使得剪力墙的设计体系保证结构对称布置平面，降低不对称产生的结构扭矩，此外设计尽量沿不同方向双向开展结构布置，这样可以有效避免单项墙体由于布置的侧向刚度差异过大。

2.2定位剪力墙

在建筑结构设计中应用剪力墙结构，应准确的进行剪力墙定位，将其刚度中心与质量中心重合，这样才能保障平面布置上，结构整体处于均匀、对称的状态，从而发挥出保障结构整体稳定性的作用。所以设计中最好沿着建筑的主轴作为设计方向，同时展开对称式的设计，并尽量在设计上避免出现单向有墙的设计。在剪力墙平面设计的定位上要遵循对称性原则，尽量保障建筑结构的两侧对称，并使质量中心与刚度中心重合在一起，控制墙体的扭矩程度，避免出现变形。而在对内外部剪力墙结构进行设计时，要遵循拉通与对直的设计原则，并保障剪力墙肢体截面处于规则的状态。

2.3数量适中

工程剪力墙的使用能够吸收水平荷载以及风荷载的组合作用，有效提升建筑抗震的力学性能。然而建筑设计不需要过多或过少的剪力墙，即其数目不仅仅是只看重数量，而是必须根据抗震要求进行科学计算以保证剪力墙的设计数量控制。

2.4设计优化

剪力墙进行设计时对于影响剪力墙的结构因素需要多方考虑，务必确保顺利施工以及保证剪力墙的结构安全。因此设计人员设计剪力墙时需要控制好墙的数目，做好监理工作，避免由于不必要的成本开支引起的项目成本最终超出预算的情况出现，例如选择原材料时对材料开展刚度比例的控制，尽量在建筑质量不被影响的同时降低成本。

3结束语

剪力墙极大的提升了建筑物抗震性能，为建筑的结构安全保障提供重要作用，因此建筑工程的结构设计中大量应用剪力墙。具体设计时相关力学分析以及承压计算工作必须做好，保证剪力墙的高跨比以及墙厚参数合理安全，使得剪力墙既符合实际工程需要，又给建筑的稳定性提高保障。

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