建筑结构设计中剪力墙结构设计分析

建筑结构设计中剪力墙结构设计分析

陆峰

（浙江省建筑设计研究院，浙江杭州310003）

摘要：随着人们生活质量和水平的提高，人们对居住环境的要求也在不断提高，这就给建筑行业的发展带来了新的契机。在现代建筑结构的设计中，剪力墙结构是一项保证建筑物稳定性的重要项目，也是建筑结构设计中应用最为广泛的一种建筑结构形式。本文对剪力墙结构设计展开论述，以期为现代建筑业中更好地应用剪力墙结构提供有效借鉴。

关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计

前言

作为我国经济发展中一项支柱产业的建筑行业，不仅关系到国民经济的发展，也关系到人们的生活质量。剪力墙结构因具有抗震性能好、荷载能力强等诸多优点而被广泛应用于现代建筑结构设计中，为了提高剪力墙结构在建筑结构设计中的应用效果，建筑单位应加强对剪力墙结构设计的研究，从而促进建筑物质量的提高。

1剪力墙结构设计的分类及特点概述

为了满足建筑使用者的多元化需求，在剪力墙的结构设计过程中，整个墙体往往会开有一定数量的门窗洞口，相关的理论分析和实践均证明，剪力墙上的洞口开设情况对于整个剪力墙的受力分析和荷载变形情况均有重要的影响。故基于剪力墙结构设计过程中墙上洞口的大小和数量，以及墙体和开口之间的排列方式，在建筑结构设计领域中，整个剪力墙结构一般被划分为以下四种，不同类型的剪力墙也因其截面应力分布的不同被用于不同结构特点的建筑类型。

1.1整体剪力墙

没有洞口或者是整个门窗洞口的总面积之和小于剪力墙侧面积15%的墙体，被称之为整体剪力墙，这类剪力墙的受力特点类似于整体的悬臂墙，相当于下端被固定但上端自由的竖向悬臂构件，整个截面的正应力在建筑水平荷载的作用下多呈现出直线分布的态势。弯矩图在整个墙肢的高度上一般不会产生弯点，突变情况更是较少产生。

1.2整体小开口剪力墙

整体小开口剪力墙，是基于整体剪力墙的概念所出现的，这类剪力墙往往虽然具有较小的开口，但总体上看来，整个门窗洞口的总面积之和往往大于剪力墙侧面积15%。因此，在变形及受力曲线图上，这类剪力墙往往变为弯曲形。整个正应力分布在建筑水平荷载的作用下近似呈直线分布，可认为是局部弯曲应力和整体墙弯曲应力的部分叠加。此外，虽然这类剪力墙的弯矩图，一般不会在整个墙肢的高度基础上出现弯曲点，但由于开口面积较大，故弯矩图的几点主要位置上可能产生突变。

1.3双肢及多肢剪力墙

双肢及多肢剪力墙，指的是整个墙面开有一列或是多个成列分布的洞口的剪力墙，虽然这类墙体所开洞口的尺寸较大，由于其受力情况与整体小开口剪力墙类似，故相关的概念及弯矩图也不存在较大差异。但从连梁对墙肢的约束作用来看，由于整个墙体的整体结构会因为过多开设的洞口而产生破坏，故墙肢局部会出现较大的弯曲现象，如果洞口开设过多，很有可能正应力分布的曲线图完全偏离直线分布。

1.4壁式框架剪力墙

壁式框架多用于高层建筑中，其开设的洞口数量较多且尺寸较大，整个墙肢宽度相对于洞口而言显得较小，就线刚度而言，墙肢和连梁的差异性并不大。顾名思义，这类剪力墙的受力分析与框架结构极其相似，在正应力分布中，墙肢截面往往会出现局部弯矩，在很多楼层的内墙肢中也会出现反弯点。

2剪力墙结构设计原则

剪力墙既是建筑分隔墙的一部分，又是结构墙体的一部分，因此对剪力墙的布置必须同时满足建筑方案的设计要求起到分隔空间的作用，又要满足适合结构布置的合理位置与结构布置的要求。为了更好的使剪力墙结构在建筑中发挥受力性能，最大化利用剪力墙的刚度和抗震性能，在建筑结构设计的过程中和实践项目的总结中，提出以下几点原则。

2.1剪力墙位置选取原则

剪力墙的位置选取，要遵循对称、均匀、分散的原则沿着建筑纵向及横向布置，还应布置在房屋的端部以及形状变化多的地方，恒荷载大、处于端部楼电梯处应减少剪力墙的布置;剪力墙在平面布置中尽可能对称，若无法满足，则尽量让质量中心与刚度中心接近;剪力墙上设置洞口时，其位置应尽量位于截面的中部，避免位于柱子处和墙端。

2.2剪力墙间距和厚度确定原则

剪力墙的间距和厚度布置原则:剪力墙的最大间距应控制在一定范围内，在确保屋盖侧向刚度的情况下，使水平荷载作用下楼盖平面内的弯矩变形得以避免;剪力墙的厚度取值原则包括通过周期比、位移比和最大层间位移等各项指标确定剪力墙厚度原则；不同抗震等级下的轴压比控制混凝土厚度原则；满足稳定性和构造性要求的原则；剪力墙厚度选取还应满足《高层建筑规范》中的相应要求。

2.3剪力墙的墙肢长度确定原则

剪力墙的墙肢长度应按具体项目而定，但大多不宜超过8m，避免配筋拉断的可能性，且也不宜过短。剪力墙墙肢长度的确定一般是厚度的8倍多一点，且剪力墙整体长度应在4m以内。当需要将墙体设计为较长的长度时，可以通过在墙体上开洞的方法将墙体的高宽比值控制在2以上，且确保开洞均匀、尺寸不宜过大，采用弱连梁，避免剪力墙的剪切破坏。

2.4剪力墙的数量设置原则

剪力墙数量的设置需要适度，并不是数量越多，性能越好，反而有时布置的数量的增多会使结构自身所承受的地震力加大，消耗建筑材料等。因此剪力墙的数量布置原则是在满足建筑侧向变形的限值情况下，尽量少的布置剪力墙，以此减轻结构自身的重量，避免剪力墙数量过多反而承载力不好的现象。

2.5梁板布置原则

通常情况下，高层住宅的荷载较小，因此用钢量主要由楼板的厚度决定，为了使用钢量尽量降低，楼板的厚度在满足必须的板内设备穿管所需厚度、满足挠度和裂缝的情况下，尽量取低值。梁的布置，尽量设计为简单清晰的传力途径，避免次梁过多、传力途径过于复杂的情况。

3剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

加强剪力墙结构的优化设计对于保证建筑结构的稳定性具有很重要的意义。一般来说，设计人员在进行设计时都会采取一系列有效措施来保证建筑结构的受力平衡。因剪力墙结构本身就具有很强的稳定性，在建筑结构设计中应用剪力墙结构使设计更具经济性。为了进一步提高剪力墙结构在建筑结构设计中的质量，设计人员在进行设计时应综合考虑建筑工程的安全性、稳定性以及经济性，使这些因素的结合中优化剪力墙结构在建筑结构中的使用效果。

由于剪力墙结构在保证建筑物整体结构的安全性与稳定性上的重要作用，建筑设计单位应提高对剪力墙结构问题方面的重视程度。根据实际经验不断提高剪力墙结构的设计水平，优化剪力墙设计方案，使之达到最佳效果。在进行剪力墙结构设计前，相关人员应首先对现场施工环境和条件进行勘察和分析，并以实际施工情况为依据，制定科学合理的剪力墙结构设计方案。在剪力墙结构实施过程中，建筑单位需对剪力墙的施工进行严格的监理和把控，建立健全施工管理体制，使现场一切施工作业按照规范标准进行，严格保证剪力墙的施工质量。

4建筑结构设计中剪力墙结构设计的优化措施

4.1剪力墙连梁设计的优化措施

随着人们对建筑要求越来越高，剪力墙连梁设计也由于其能够保证结构的刚度和减小建筑侧移的优点，在建筑结构设计中彰显出重要价值。结构设计中，连梁的设计常受多因素制约，一方面，梁的内力和结构抗侧力刚度需要考虑相连的剪力墙的墙肢刚度，如果在设计过程中，连梁跨高比过小，其往往会在反复荷载作用下产生斜裂缝，进而发生剪切破坏。因此，相关的建筑结构设计师需要对剪力墙连梁问题进行详尽处理。可考虑采用跨高比偏大的连梁（见表1），使其不过早地发生剪切破坏，保障连梁的可延性。同时，在设计过程中，应当进行内力分析，并对连梁刚力进行折减计算，从而降低连梁发生剪切破坏的概率。

4.2墙肢平面外弯矩的优化措施

当剪力墙平面内刚度及承载力相较于平面外刚度及承载力极大时，整个剪力墙方向的梁连接处可能会因为刚度突变造成墙肢平面外弯矩，这也是剪力墙结构设计过程中较常出现的问题。故对于此，建筑设计人员可在沿梁轴线的方向设置一定长度的剪力墙与梁相连，或是在整个梁与墙的连接处设置一定数量的扶壁柱和暗柱等相关设施，从而对墙肢平面外弯矩这一现象加以优化。

5结语

剪力墙结构是时代建筑物崛起的关键技术，拥有关键性技术可以促进建筑业的发展，进而加快和谐社会的发展步伐应用过程中必须保证剪力端结构的可行性、持续性、经济性、科学性与艺术性，保持剪力墙在建筑中的有利地位。

参考文献：

[1]付艳强．论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J]．科技风，2014（01）

[2]吕瑞孝，姜剑虹．高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J]．科技信息，2011（19）

[3]胡景云．论剪力墙结构优化设计[J]．建材世界，2011（02）