建筑結構設計中剪力墻結構設計的使用研究

魏剛

摘要：在剪力墻的結構設計中需要考慮多方面的問題，以使剪力墻一方面可以充分發揮其抗震、抗風的作用，另一方面也可使剪力墻與其他結構組成復合的結構體系，優勢互補，既保證建筑的安全性，同時也提高了建筑的使用功能。因此，作為設計人員要充分發揮主觀能動性，在剪力墻結構設計中應用多學科的知識，力求設計出既安全實用又經濟的剪力墻結構。本文對建筑結構設計中剪力墻結構設計進行了探討。

關鍵詞：建筑結構設計；剪力墻；結構設計；措施

中圖分類號：TU3文獻標識碼： A

剪力墻結構在建筑設計中所表現出的優勢非常明顯，能夠在新的環境下更好的適應建筑的發展需求，同時也滿足了人們對建筑的使用需求，對于提高建筑質量也發揮著重要的作用。然而就目前來看，剪力墻結構的應用還存在著諸多問題，因此，我們還需要不斷的進行探索，從而提高剪力墻結構技術水平的發展，為建筑工程的發展提供更多、更可靠的基礎保障。

一、剪力墻的特點和類別

1、 整體墻

整體墻就是指沒有洞口，或者門窗洞口的面積之和不超過剪力墻側面積15%的并且洞口之間的凈距離以及孔洞到墻邊的凈距離大于洞口長邊的尺寸。整體墻的受力特點就如同一面懸臂墻，整體墻的彎矩圖上既沒有突點變，沒看不到反彎點，整體墻的變形主要是以彎曲型為主。

2、小開口整體墻

小開口的整體墻指的是墻面的開孔面積超過整個墻體面積的15%，但是總體來說還是小面積開孔的范疇之內，這種小開口整體墻一個顯著的特點就是彎矩圖在連接房梁的部分會發生明顯的突變，而在高度上并沒有反彎點，但這種情況也并非是絕對的，在個別的樓層還是會有反彎點。

3、 連肢墻

連肢墻指的是在墻面開有一列或者多列洞口，并且洞口的尺寸相對較大，這時剪力墻的受力特點和小開口的整體墻有些類似。

4、 壁式框架

這種類型的剪力墻洞墻面洞口的尺寸相對來說比較大，此時，連接梁線以及墻肢線的剛度較為接近。壁式框架的一個顯著的特點就是彎矩圖在有樓層的地方會發生明顯的突變，并且會出現反彎點。

二、剪力墻優劣勢分析

剪力墻結構設計合理，僅僅利用較少的鋼量就可以達到很高的剛度，從而確保整體性良好?；谶@種優勢，目前剪力墻結構已經廣泛應用于高層建筑工程中。住宅建筑的風格多樣化進展過程中，室內的不均勻布置與分隔墻在住宅建筑中應用越來發揮多，建設單位多采用把承重墻與分隔墻利用現澆混凝土的結構來進行設計，充分體現了經濟性的要求，同時也滿足業主需求。凡事都有兩面性，剪力墻結構也存在著一定的缺點。在剪力墻結構中混凝土使用量較大，會不斷增加建筑結構的重量，在發生地震等災害時，由于抗接側剛度大，上層將會產生結構不穩定的現象，從而對高層人們的正常生活造成威脅。在剪力墻的結構設計計算中，要有效發揮結構優勢，避免劣勢問題，或采取相應的補充措施，對缺陷進行有效化解。

三、提高建筑結構設計中剪力墻結構設計的措施

1、 剪力墻結構的合理布置

（1）剪力墻應沿主軸方向雙向均勻布置，宜使兩個方向抗側剛度接近，不宜采取單向的方式進行布設。盡量使得剛度中心與質量中心靠近，減小地震造成結構扭轉。

（2）在對剪力墻結構進行布設時，墻肢使用不宜選擇“一”字形的，帶翼緣的T 型或L 型等最為適宜。

（3）為減輕結構自重，加大建筑可用空間，剪力墻不宜布置太密使結構有合適的剛度，以滿足規范的側移限制為好。

（4）剪力墻豎向剛度要求勻稱，由下到上連續布置，可沿高度改變剪力墻厚度和混凝土強度等級。

（5）剪力墻上要布置洞口，應盡量布置成成排成列，能夠形成很明確的墻肢和連梁，使得應力分布比較規則，又與計算簡圖較為吻合，設計結果比較可靠。

2、 剪力墻長度和厚度的選擇

為了使剪力墻結構具有足夠的延性，剪力墻墻肢長度一般不宜大于8m，這是因為細高的剪力墻（高寬比大于2）具有很好的延性，可以防止脆性的剪切破壞。當墻的長度大于8m 或更長時，為了滿足延性要求，可通過開設洞口將長墻分成長度較短、較均勻的聯肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁，使其可近似成獨立的墻段?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》第7.2.2 條規定了剪力墻的最小厚度，以保證剪力墻的剛度和穩定性能。在短肢剪力墻結構中，《高層建筑混凝土結構技術規程》中規定其抗震等級應采用比抗震等級提高一級。如剪力墻住宅中，填充墻厚一般為200mm，相應的剪力墻厚也應取200mm。以保證剪力墻平面外有足夠的剛度，防止結構在偏心荷載下產生屈曲失穩。

3、 剪力墻結構中連梁的設計

剪力墻結構中，連接墻肢與墻肢的梁稱為連梁。在風荷載、地震作用等水平荷載作用下，墻肢發生彎曲變形破壞時的形態與連梁有很大的關系。因此，在設計剪力墻結構時，應重視連梁的設計，以減少剪力墻的破壞幾率。在剪力墻結構設計中應遵循強墻弱梁的原則，提高結構的延性。如在本工程中，在窗洞露面和窗臺之間部分使用輕質砌筑材料；在有飄窗時，在窗臺處再增加一根梁且在梁之間用輕質材料填充。

4、剪力墻大墻肢處理應用

剪力墻本身的剛度非常大，同時也存在著一定的延伸性，這主要是因為施工材料無可避免的形成的。正因為如此，在進行剪力墻結構設計時同樣需要考慮到延展特性，從實際出發，結構設計對整體性的作用將會更加科學。在剪力墻的結構設計中，極易出現彎曲破壞形式，容易在投入使用后經過一段時間的應力積累，造成脆性破壞。所以在設計過程中，要對剪力墻在滿足承載要求的基礎上，進行分層間隔設計，均勻獨立的剪力墻對于提高墻體的結構承載力非常有效。長度較小的剪力墻在受彎時造成的裂縫寬度較小，可以發揮配筋的作用。一般而言，對于超過八米的墻肢長度，要采用開施工釬與開計算洞的方式進行處理。前者是在施工墻上留洞，在完成后進行砌填，對墻肢進行分解，而第二種是在計算時就設有孔洞，不過在施工階段卻為混凝土墻，從而加強其他的墻腳的配筋能力。

5、 結構設計中的墻體配筋

對于整體建筑結構的安全與工程經濟性來說，控制好剪力墻的配筋作用十分明顯，剪力墻的面積非常大，整個建筑規模都需要使用到剪力墻。剪力墻的配筋多把豎向鋼筋置于內側，而把橫向的鋼筋置于外介。剪力墻的配筋需要滿足最小配筋率要求，如果采用雙向鋼筋網片可以有效節省墻體配筋。墻體配盤減少，將對規模龐大的高層建筑工程造價有著積極的作用，得到了建設單位的認可。

6、剪力墻結構中過渡層的設計

對于存在過渡層或者轉換層的剪力墻結構，比如底層框架剪力墻結構，其過渡層或者轉換層的剪力墻墻體在地震中需要提供的抗傾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均勻荷載的作用下，過渡層或者轉換層的剪力墻墻體處于拉剪或者壓剪的應力狀態，而一旦有橫向荷載作用時，過渡層或者轉換層的剪力墻墻體的橫向承載力及其抗裂性能都將相應地降低。根據試驗表明，在垂直和反復橫向荷載的作用下，過渡層或者轉換層的剪力墻墻體的橫向承載力大約會降低兩到三成。而如果按驗算一般墻體橫向承載力的方法，當其托梁的高跨比或者垂直荷載較小時，就將會過高地估計過渡層或者轉換層剪力墻的抗震承載力，從而降低結構抗震的安全可靠性。

由此可見，對剪力墻的結構進行優化設計，不但能增大其抗側剛度，還能提高高層建筑的抗震性，有效降低工程造價成本，為建筑市場的布展發展做出突出貢獻。

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