試論剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

宋楊

摘 要：近年來，隨著我國經濟建設的不斷發展及人們生活水平的不斷提高，城市人口的數量急劇增加，而面對越來越緊缺的城市土地資源，城市高層住宅的修建在一定程度上解決了人們居住的問題。在高層住宅修建中，由于剪力墻具有較高的抗震及抗風性能而被廣泛的應用。本文就剪力墻結構設計方面的問題進行了分析，并對其在建筑結構設計中的應用進行了說明，為后期建筑施工提供參考。

關鍵詞：建筑結構設計；剪力墻設計；應用

前言

剪力墻本身因具有整體性強、用鋼量少和結構剛度大等特點，所以在居住性建筑設計中廣為應用。特別是在居室和客房中采用現澆剪力墻結構，不但能使隔離墻和承重墻合二為一，還能使得小開間中的分隔墻盡量減少，大大提高了經濟效益。除此之外，剪力墻結構相比較于框架結構，應用更為廣泛，主要原因在于它還具有簡潔、不露梁和露柱等優勢，使建筑外觀美，而且內設空間更大，提高空間使用率。當然，還可以通過合理設計成延性剪力墻的方式來提升其抗震性能，該種剪力墻在震區或非震區均可應用。

1、剪力墻結構的基本定義及分類

1.1 剪力墻結構的定義及特點

隨著我國高層建筑的不斷發展，剪力墻作為高層施工常見的結構墻體，由于其較好的抗震及抗風效果備受人們的關注。通常，剪力墻主要是指用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力的結構稱為剪力墻結構，目前這種結構在高層房屋中被大量運用。通常，剪力墻在建筑設計中的主要作用是承擔豎向荷載及抵抗水平荷載，防止建筑結構出現傾斜、倒塌等。一般剪力墻與樓板一起組成受力體系完成對整個建筑的支撐，但其缺點是剪力墻不能進行任意拆除或破壞，由于受到其設計空間的限制，不利于房屋空間的自由組合，因此對于住戶來講，裝修過程中必須根據其剪力墻的設計結構來設計裝修，無法對室內布局進行自由改造。但，目前短肢剪力墻結構的應用使得住戶在一定范圍內可自由改變室內布局，增加了住宅設計的靈活性； 最后，由于其剪力墻的作用決定了其剪力在樓體下部最大，墻體質量要求較高。

1.2 剪力墻結構的分類分析

當前，我國常用的剪力墻結構有很多，通常按其剪力墻結構在設計中是否預留洞口及開洞大小可分為實體墻、整體小開口剪力墻、多肢剪力墻以及壁式框架剪力墻結構。上述幾種類型，除實體墻不在墻體上開洞外，其余三種類型的剪力墻均需在墻體上預留洞口。由于實體墻為在其墻體表面開孔，所以其不會產生反彎，能夠承受較大荷載。整體小開口剪力墻是開洞面積占剪力墻整體面積的比例一般大于15%，雖然同實體墻一樣不會產生反彎，但存在發生突變的可能。多肢剪力墻主要指墻體開洞面積很大或者開洞成列狀分布； 而壁式框架剪力墻主要指墻體開洞面積較大而且與框架結構有一定相似性，會有一定出現反彎點的幾率。

2、剪力墻結構的設計原則

建筑中剪力墻的數量不宜過多，設計者要保證剪力墻的第一振型部分承受的地震傾覆力矩不能高于剪力墻總體承受的地震傾覆力矩的五分之二，同時，為了充分利用剪力墻的承載力和剛度，還應對剪力墻進行大開間處理，這不僅可以提高建筑物的抗震能力，還可以大大減少建筑成本。為了降低建筑的扭轉效應，設計者最好遵循分散、均勻、對稱的原則，以保證剛度中心與結構質量中心接近，在周邊布置剛度或周邊布置剪力墻很大的抗側力構件時，應該適當的提高結構抗扭剛度。另外，剪力墻洞口連梁不僅可以對剪力墻側向剛度起到調節的作用，而且還是抗震剪力墻的第一道防線，可以對地震能量進行有效的消耗。連梁的剪力墻具有一定的剛度、強度和良好變形性能，當遇到地震時，大部分在墻肢屈服前連梁先屈服，從而出現塑性變形，對地震能量進行有效的耗散，從而避免了對主體結構構件的損壞。

3、剪力墻結構設計中容易出現的問題

剪力墻結構設計中側向剛度不要太大，如采用全剪力墻結構（即除了門窗洞外均為剪力墻，且無后砌填充墻），它的側向剛度會過大，其地震作用也會隨之增加，經濟性和合理性顯然不足。按照底層剪力墻厚度的設計要求：抗震設計中，筒體和一般的剪力墻所承受的第一振型底部的地震傾覆力矩不能小于總底部地震的傾覆力矩的一半。在結構設計時，很多設計人員選擇把短的墻段畫成約束邊緣構件或構造邊緣構件，還把計算中用到的縱向鋼筋均勻的配置在墻段內，使墻肢及軸附近鋼筋難以發揮效用，這種做法顯然很不妥。為改善該現象，縱向鋼筋應向著墻肢端部集中，該做法可打印出剪力墻邊緣構件配筋的計算結果，幫助完成復核工作。

此外，抗震墻的的截面高度與厚度之比不大于3 時，設計時應按框架柱進行截面設計，箍筋應以框架柱要求來加密，SATWE等的程序在計算中也應合規。

4、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

4.1按設計要求做好建筑施工中的剪力墻定位工作

通常對剪力墻進行結構設計時，設計單位應對其剪力墻的位置進行合理的規劃與布局，確保剪力墻結構的設置可有效起到對整個建筑物支撐、抗風及抗震的需求。施工過程應按設計要求準確合理定位并施工是保證剪力墻結構受力不發生扭曲的主要原因。通常施工企業在對建筑物施工中首先要保證剪力墻結構位置準確性，保證剪力墻剛度并使其受力中心與保持一致，減少剪力墻扭矩彎曲作用力，有利于剪力墻結構的整體實現。

4.2 剪力墻在結構布置中應遵循雙向布置原則

剪力墻平面布置是提高剪力墻結構性能的重要因素，同時保持剪力墻結構的勻稱性也可有效防止不均衡而產生的作用力，以至于影響其剛度的形成。而在設計過程中根據剪力墻結構及建筑主體結構實際情況對剪力墻進行雙向布置，可一定程度上保持剪力墻的結構強度，使其能夠形成一個統一整體，從而保證剪力墻的結構優勢能夠被充分的利用。

4.3 剪力墻設計過程應根據建筑層高及主要承重合理設計截面厚度

通常建筑樓層的高度、建筑主要的承重情況以及建筑主體結構均會對剪力墻的主要承重情況產生主要的影響。因此，在對剪力墻進行結構設計時應按其主要承重及其他方面的要求選擇合理的厚度； 同時應正確認識其剪力墻結構厚度與施工成本的關系，如剪力墻厚度小可能會影響剪力墻的安全性，按其施工成本較小。所以，在實際剪力墻進行設計過程中應按照相關的標準對其厚度進行設計，在滿足其使用要求的情況下保證施工成本的最小。

4.4 剪力墻設計中鋼筋的配置問題

通常在剪力墻設計及施工中，以鋼筋混凝土結構為主的剪力墻結構體系是保證其結構強度最主要的構件，由于鋼筋混凝土為主的剪力墻結構體系可在保證其結構強度的同時，有效的提高墻體的抗拉性能，易于其結構強度的形成。因此，在剪力墻結構設計中，設計人員應對剪力墻連續梁結構的性能及受力體系進行嚴格的分析與設計，確保剪力墻結構穩定性，防止由于鋼筋質量問題引發的施工安全隱患。

結束語

綜上所述，隨著我國經濟建設的加快及人們生活水平的提高，高層建筑的施工是為解決目前城市人口日益增多而土體不足的主要途徑。但高層建筑施工質量問題一直是影響建筑使用壽命的關鍵。剪力墻承擔著建筑的整體承重以及抗擊各項載荷的作用，對保持建筑工程的整體質量及安全穩定具有重要的作用。因此，在建筑工程項目設計施工中應加強其建筑主體剪力墻的結構設計，促進其在建筑結構設計中的應用，保證建筑工程的整體質量。

參考文獻

[1]宋朋金.周華.剪力墻結構在建筑結構設計中的應用[J]. 建材發展導向.2013 （07）.