剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用初探

施岳群

身份证号 320683198311194127

剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用初探

施岳群

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随着社会主义市场经济建设的深入，我国各项事业都在蓬勃发展，建筑事业也不例外。物质精神生活的丰富的同时，人们对建筑物的功能性以及工程质量产生了更高的需求。本章中主要就剪力墙结构在建筑结构设计中的应用的相关问题进行论述和分析。

剪力墙；建筑结构；抗震性能；抗侧刚力

1 前言

随着人们物质精神生活的逐渐丰富，人们对建筑的功能性和工程质量产生了更高的需求，传统的建筑结构设计成本相对较高、功能性以及安全性能也存在或多或少的问题，因此优化传统建筑结构设计，开发更加科学合理的建筑结构设计成为我国建筑界研究的热点问题，于是剪力墙结构设计应运而生。由于剪力墙结构具有良好的抗震性能和抗侧刚度被广泛应用于现代建筑结构设计中，并逐渐发展称为我国建筑结构设计的主流形式之一。

2 剪力墙结构设计的意义

简而言之剪力墙结构就是在传统建筑结构中，通过添加或替换的方式使用钢筋混凝土墙来分担其他建筑结构承受的压力或张力。传统建筑结构设计中，建筑的水平张力和垂直压力都由承重墙来承担，但是承重墙结构设计无法有效缓冲横向水平力对建筑的影响，因此需要一种建筑结构来和承重墙形负荷分工，因此需要剪力墙。剪力墙以其良好的抗震能力、抗侧刚度被广泛应用于现代建筑设计中。

3 剪力墙结构分类

常见的剪力墙结构设计有四种，分别为实体墙、开小口的剪力墙、多肢剪力墙、壁式框剪力墙，这四种剪力墙是各有其特点，其中实体墙是唯一不在墙体上凿洞的剪力墙类型。

实体墙，顾名思义就是墙体截面上没有凿洞的实实在在的墙体，但建筑学中将凿洞面积不足15%的剪力墙统称为实体墙。这类剪力墙能够产生曲型变形，墙体的刚性较强，不易产生反曲或突变，具有良好的承重能力，能有效分担主要承重墙承受的负荷，但在水平方向上剪力的分担上存在不足，主要是韧性不足导致的问题。

开小口的剪力墙是在实体墙的基础上进行改进后的建筑结构设计，这种剪力墙的墙体上有凿洞的设计，这种墙体能够发生弯曲型的形变，虽然不容易产生反曲，但存在突变的可能，刚性较实体墙差，但能够更加有效地缓冲水平方向上的剪切力。

多肢剪力墙是对开小口剪力墙的进一步开发，通过在墙体上以列状分布特点凿洞来增加剪力墙的韧性，这类剪力墙的稳定性较开小口的剪力墙高，不容易发生反曲和突变，受力情况与开小口的剪力墙相似。

壁式框剪力墙完全不同于实体墙，这类剪力墙开洞尺寸较大，能够发生剪切型的形变，结构功能性较强，但垂直方向上承载能力较弱，不适宜作为主要荷载结构使用。

4 剪力墙结构设计原则

(1)剪力墙结构设计应在建筑主要轴线方向上，这是由于剪力墙尤其是发挥抗震功能的剪力墙其需要承受垂直和水平两个方向上的力，沿建筑主轴分布能够使多个抗侧刚度接近，即使多个自振周期接近。

(2)剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。

(3)高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。在短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。

(4)不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩;另一方面对连梁本身不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝，因此应尽量避免。

(5)当剪力墙需要进行较长的凿洞设计时，需将剪力墙分布在若干墙段中，并且墙段之间尽可能采取弱梁进行连接。墙体较短时，形变后产生裂缝宽度较小，墙体的配筋能够充分分担水平方向上的剪切力，因此墙肢截面高度尽可能保持在8m以下。

5 剪力墙结构设计要点

综合来说，剪力墙作为一种功能性建筑结构，在设计时需要从建筑的使用功能、墙体构件类型、施工工艺和综合经济技术等因素多个方面进行考量。设计时需要严格沿建筑主体的连个正交的主轴方向进行顺序布置。基本上遵循八原则，即均匀、对称、周边、分散，来设计并布置剪力墙。下面主要就剪力墙的数量控制和布置要点两个方面对剪力墙结构设计要点进行分析和论述。

5.1 剪力墙数量控制

剪力墙是为了承担水平方向上由于外部因素导致的剪切力的建筑结构，但不同于承重墙，承重墙可以通过增加数量的方式来提高承重墙整体的荷载能力，而剪力墙并非通过数量增加而能形成群体效应的结构设计。剪力墙如果数量过多反而会增加建筑自身的质量，垂直方向上的荷载增大反而不利于水平剪切力的缓冲，因此剪力墙应当数量适当，才能最大限度发挥其抗争能力、抗侧刚力。

5.2 剪力墙布置要点

剪力墙作为墙体结构的一种类型，其也会承受垂直方向上的荷载，这点与常规承重墙相同，主要由构成墙体的钢筋混凝土结构来承担。为了最大限度发挥剪力墙承担水平剪力的性能，因此需要尽可能改善其在垂直方向上的受力情况，在设计上就需要沿着建筑物主要轴线方向进行设计布置，同时遵循上文剪力墙设计原则中的第一点。

5.3 剪力墙的类型选择

剪力墙结构设计时剪力墙的类型选择也是很重要的一个方面，不同类型的剪力墙受力情况以及功能性、结构特点不相同，因此需要根据建筑功能性需求进行剪力墙类型上的选择。例如需要剪力墙同时分担垂直方向荷载和水平方向剪切力，并且这两个方向上的力较大时选择韧性适当，刚性较强的实体墙较合理。此外剪力墙和建筑整体构成美学也是剪力墙类型选择时的一个重要参考指标。

5.4 其他要点

剪力墙要避免洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚(否则应按框架柱设计)，并用暗柱加强；控制剪力墙平面外弯矩，应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩；同时在设计剪力墙时应当考虑到建筑施工的人力成本和资源成本问题，尽可能将资源进行合理有效的分配，使资源利用率最大化。

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