建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

马 丽

甘肃省工业与民用建筑设计院有限公司

1 引言

剪力墙结构作为目前建筑工程结构设计中较常使用的形式，具有抗侧刚度大、抗震性好等特征，尤其是对于现阶段的高层建筑来说，剪力墙结构的运用能够确保建筑的稳定性和安全性，提高建筑的实用价值。本文就重点对建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用加以说明，希望可改善建筑结构设计水平，丰富建筑实用性能。

2 剪力墙结构的基本概念及优势

2.1 概念

建筑结构设计中的剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，承受着竖向压力和其平面作用下的水平剪力的双重力量。剪力墙的宽度和高度较大，但厚度相对较小，这使得剪力墙具备几何特性以及不同于其他结构的受力特征。由于剪力墙厚度较小，相当于板的厚度，所以如果单独使用，在地震灾害下，很容易因刚度不足引起结构变形、断裂等问题。所以在设计过程中，除要考虑增大剪力墙刚度外，还需对弹性变形能力和抗震性进行综合分析，合理设计结构种类和规模，确保结构的稳定性、安全性。通常情况下，剪力墙结构设计以延性弯曲型为主。

2.2 优势

建筑工程设计中，采用剪力墙结构具有十分显著的优势。首先，剪力墙结构具有很好的承载能力，而且有很好的整体性和空间作用，比框架结构具有更好地抗侧能力，因此，剪力墙结构可建造较高的建筑物。其次，剪力墙墙体布置无凸出，剪力墙结构的楼盖一般采用现浇钢筋混凝土楼板，楼板周边不设明梁，所以空间利用比较好，可节约层高。最后，剪力墙的抗震性能好，用钢量小，可大量的适用于开间较小的住宅、公寓、旅馆项目。

2.3 优势

建筑结构设计中，剪力墙的应用优势可概括为以下几点：一是承载能力好，能够确保结构空间的完整性。相比于框架结构，剪力墙还具有较好的抗侧性，可保证高层建筑的质量和安全。二是剪力墙结构的楼盖多以现浇混凝土钢筋为主，周边不会设计明梁，结构完整性得以保障，避免过于突兀。三是降低钢材应用量，优化建筑抗震性能，在一些商业建筑中也得到了广泛应用。下面为剪力墙结构实例图。

图1 剪力墙结构

3 建筑设计剪力墙结构设计的应用策略

建筑设计中剪力墙结构设计尤为关键，在设计的过程中需全方位考虑工程设计和建设的基本要求。为此，设计人员务必做好细节的把控和处理，如剪力墙的合理布置、剪力墙墙肢长度的确定、厚度确定，连续梁类型、配筋及边缘构件设计等。下面将作具体论述。

3.1 剪力墙的规划布置

在剪力墙结构设计中，需要参照空间特点展开合理布局，一般情况下，如果是高层建筑，会采用双向剪力墙结构，确保两侧剪力墙刚度的均衡性，减少水平位移的产生，避免剪力墙在外界荷载作用下出现扭转，提高建筑结构的稳定性。剪力墙的水平地震作用力较大，自振周期短，结构本身稳定性很容易受到影响。所以在设计过程中，需考虑到力的平衡，可通过减小剪力墙厚度，或者增加剪力墙之间的间距，来降低水平地震作用力带来的影响，防止位移、断裂等问题的出现。同时上述操作也能够降低剪力墙自重，削弱建筑结构承担荷载。如果剪力墙设计中存在较大洞口，洞口位置要保证在一条线上。考虑到墙体结构受力情况，应展开应力的科学划分，确保两者均衡性、对称性。底部结构如果设置框架支撑层，落地剪力墙的数量要在上部剪力墙数量的一半以上。剪力墙设计中，需充分考虑抗震性能要求，避免楼板平面等结构因变形发生危险。

3.2 确定剪力墙墙肢长度

确定剪力墙墙肢长度时，首先应考虑满足建筑功能的要求，其次是剪力墙墙肢长度不能太长也不能太短，确定原则是，尽可能布置长墙，少布置短墙。当墙肢长度很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断，因此墙段的长度不应过大，墙肢长度宜控制在8m以内；当墙肢长度很短时，可能形成短肢剪力墙，短支剪力墙的出现可能会导致多楼层出现反弯点，受力发生改变，逐渐接近异形柱的状态，抗震性能较差。所以为保障建筑的安全性，不会将其应用在地震区域内，且不得采用全短肢的剪力墙的结构。

3.3 确定剪力墙结构的厚度

按照现有规范要求可知，在抗震等级在一二级时，底部加强部位的剪力墙厚度要控制在200mm以上，长度要求在层高或无支长度的十六分之一，当抗震等级为三、四级时墙厚不应小于160，且不宜小于层高或无支长度的1/20。其他部位的剪力墙厚度，当抗震等级为一、二级时墙厚不应小于160mm，且不宜小于层高或无支长度的1/20，当抗震等级为三、四级时墙厚应在140mm以上，长度在层高或无支长度的二十五分之一。之所以这样规定，是为避免因剪力墙厚度过小，刚度不足，导致结构稳定性减弱，产生压屈失稳情况。

不过这一规范也存在特例，对于八级地震区的多层或地层剪力墙结构建筑来说，上述规定可能会存在较大偏差。如10层以下的剪力墙结构，在重力荷载作用下，墙肢压轴相对较低，墙柱结构只能进行构造配筋，但为保证底部结构的质量，按照层高要求，剪力墙厚度一般设定在240mm，已经超出规范标准要。所以在设计过程中，需要在规定基础上，根据实际情况加以综合分析，以确保剪力墙厚度设计的合理性。

3.4 剪力墙连续梁方案

连续梁指的是剪力墙中连接墙肢结构的梁，具有跨高比小、连接墙肢刚度大等特点。连续梁除起到连接作用外，还具有较为明显的支撑作用，能够有效抵抗地震荷载、风荷载带来的影响，一旦连续梁结构出现问题，建筑结构也将受到较大影响。所以在设计中需结合实际情况，合理设计连续梁施工方案，增大其刚度，保障结构的稳定性。在工程实际设计中，剪力墙连续梁的设计宜按“强墙肢弱连续梁”原则进行抗震设计，为了提高连续梁的延性，通常情况是对于跨高比较小的连续梁内宜设置交叉斜筋，交叉斜筋的走向与主拉应力的走向一致，目的是抵抗弯剪作用下主拉应力的变化，从而控制应力变化产生的裂缝问题。另外，交叉斜筋的延性、耗能和抗震性能，相较于传统配筋连续梁具有更大优势，在提高剪力墙结构质量，增强建筑结构整体性和稳定性上起到了显著作用。

3.5 剪力墙墙体配筋的合理设置

在剪力墙结构中钢筋使用量较大，因此合理配置剪力墙钢筋是结构设计人员应该考虑的重要问题之一，通常情况下，墙体配筋是根据结构计算得来的，但部分墙配筋是按照规范规定确定的，在剪力墙墙身配筋过程中建议在满足结构计算的前提下，将墙体的水平、竖向分布钢筋分别按墙体的外侧、内侧进行配筋设计，这样既满足墙体承载力的要求，又能降低钢材的用量，从而实现节约钢筋材料的目的。

3.6 合理确定剪力墙结构边缘构件

剪力墙布置完成后合理确定剪力墙边缘构件显得尤为重要。设置剪力墙边缘构件目的是为了增加墙体的延性，增大耗能能力，从而进一步降低其他结构构件的抗震需求。剪力墙边缘构件一般指的是剪力墙中的暗柱或者端柱，暗柱一般位于墙肢平面的端部、转角以及剪力墙开较大洞口后洞口两边位置。在剪力墙中设置边缘构件，既可提高墙体的承载力，又能提高墙体的延性。

图2

4 结束语

总之，建筑结构的设计质量，与房屋建筑结构整体的安全性和稳定性具有直接关联。建筑结构设计人员为了能够提升设计的安全性与科学性，在充分应用剪力墙结构进行设计，在保证设计质量的基础上，充分考虑人们对建筑结构设计提出的实际需求，进而为人们设计出更加舒适、美观的建筑空间。