解析建筑結構設計中剪力墻結構的應用

藍培余

摘 要：建筑結構設計是建筑工程得以順利實施的基礎，是整個工程項目的工作重點，更是保證建筑結構實用性、安全性和耐久性的關鍵。近年來，人們對建筑結構提出了更高要求，而剪力墻結構以其自身鮮明、突出的優(yōu)勢和特點成為了多層、高層建筑的必然選擇，在提高建筑結構整體性、耐久性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。下面筆者就對建筑結構設計中剪力墻結構的應用進行探析，以供參考。

關鍵詞：建筑結構設計；剪力墻結構；設計原則；墻肢

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，人們對工作、居住環(huán)境提出了更高要求，在這種情況下，建筑結構設計也推陳出新，剪力墻結構在建筑結構設計中的應用越來越廣泛。剪力墻結構具有較大的抗側剛度和較小的側移能力，抗震效果也非常顯著，當前已成為多層和高層建筑結構的必然選擇。為了發(fā)揮剪力墻結構在建筑結構中的整體應用效果，必須把握其設計原則，掌握設計要點，使其不斷滿足復雜多變的建筑結構的創(chuàng)新要求。

1 剪力墻結構設計原則

剪力墻結構主要由墻肢、連梁兩種結構組成，具有良好的抗震性能和較高的剛度，其在建筑結構中的主要作用是抵擋各種荷載特別是風荷載，是建筑物的主要支撐結構。為了使剪力墻結構在建筑結構中的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，必須對其進行合理設計和安排。在設計過程中，應遵循以下原則：

（1）控制剪力墻的高度和寬度。對于剪力墻結構而言，其高度和寬度較大，厚度較小，在外形上類似于板狀，而受力形態(tài)卻趨向于柱子結構，所以應根據(jù)外形墻體長度和厚度比值進行設計，當比值小于3時，可按照柱體結構要求設計，當比值在3～5之間時，則按照雙向受壓結構設計，以更好滿足彈性、非彈性以及延伸性等要求。

（2）剪力墻結構的平面內(nèi)剛度和實際承載力較大，平面外的則較小，連接剪力墻和平面外梁時容易使墻肢外彎，基于此，在設計時應盡量避免將兩者相連，如果必須連接，則要采取一定的保護措施。

（3）設計剪力墻結構時，必須充分考慮墻體水平、垂直方向上的作用力以及墻體整體結構作用力，同時，計算正截面承載力，并按照斜截面受剪承載力進行分析和驗算。若墻體所受負荷作用比較集中且大，應計算出局部受壓承載力。

2 建筑結構設計中剪力墻結構的應用

2.1 剪力墻肢種類

按照高度與厚度比，可將剪力墻的墻肢分為一般剪力墻和短肢剪力墻。如果剪力墻高度超過其厚度7倍即高度與厚度比為8：1時，為一般剪力墻，短肢剪力墻中剪力墻的高度和厚度比則為6：1。按照剪力墻墻面開洞大小可將剪力墻的墻肢分為整截面剪力墻、整體小開口墻、連肢墻、壁式框架等，其中，整截面剪力墻開洞或不開洞面積小于15%，這種剪力墻的變形主要為曲型，在整個墻肢高度上彎矩圖沒有彎點，不會發(fā)生突變；整體小開口墻開洞面積大于15%，變形主要是彎曲型，整個墻肢高度基本不存在反彎點，彎矩圖主要位置發(fā)生了突變；連肢墻或是開口較大，或是成列分部，受力特點與整體小開口墻類似；壁式框架有著很大的洞口尺寸，剪力墻的變形為剪切型，在受力特點方面與框架結構十分相似。

2.2 剪力墻的具體結構布置

剪力墻結構在高層建筑中的應用非常廣泛。一般而言，高層建筑需要具備良好的空間工作性能，所以其剪力墻結構的設置應雙向布置，這樣才能在施工過程中形成完整的結構空間，進而提高建筑物抗震性能，特別是在抗震區(qū)域，剪力墻雙向墻體的剛度應接近，平面分布要均勻平衡，剪力墻剛度中心與建筑物的中心位置要合理，這樣才能確保剪力墻穩(wěn)定性，使其具備較高承載力。對于截面較小的樓面梁的設計，可采用半剛接或鉸接的形式，這樣有利于避免剪力墻出現(xiàn)平面外彎。此外，實踐經(jīng)驗表明，約束性的截面剪力墻往往比無約束性的截面剪力墻的極限承載力大，抗震消耗能量也高，墻面穩(wěn)定性好，這就要求我們在進行剪力墻結構設計的時候考慮結構的實際使用效果和承載力，以此決定是采用約束性還是無約束性的邊緣結構。

2.3 剪力墻中大墻肢處理

剪力墻結構本身存在延伸性，所以在設計和施工中也需要具備相應的延伸特性，這將直接關系到剪力墻結構的整體性和耐久性。為了避免剪力墻結構出現(xiàn)脆性破壞現(xiàn)象，對于墻體長度較長的剪力墻，在設計時應在確保其滿足承載力要求的基礎上采用分層間隔方法設計，將剪力墻分隔成一定數(shù)量的均勻的獨立墻段；對于墻體長度較小的剪力墻，其受彎產(chǎn)生的裂縫寬度就較小，這個時候可設置配筋，充分發(fā)揮墻體配筋的支撐作用。當墻肢長度超過8m時，還可采取下面兩種方法避免脆性破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)：第一，開施工洞，也就是在施工期間在墻上留洞，等到完工后砌填充墻，將長墻肢變?yōu)槎虊χ?；第二，在進行結構計算時在墻上留洞，這樣能增強小墻肢的配筋能力。

2.4 剪力墻截面厚度和墻體配筋

相關規(guī)定要求剪力墻結構的厚度要根據(jù)抗震等級系數(shù)選取。為了保證剪力墻結構的抗震性、剛性和穩(wěn)定性，一、二級剪力墻底部加強部位墻厚應大于200mm，大于層高的1/17，其他部位墻厚要大于160mm，墻端頭無翼墻或暗柱的時候，墻厚要大于層高的1/12，但是這些規(guī)定不適用于低高層和八度地震區(qū)剪力墻結構的設計?？刂萍袅ε浣钣欣诮Y構的安全性和工程的經(jīng)濟性，在1～3級抗震等級的剪力墻中，豎向、水平分布筋的最小配筋率應大于0.3%，部分框支剪力墻底部加強部位的配筋率要大于0.35%，上述配筋率比較適用于高層建筑的剪力墻結構設計；對于低層建筑、結構相對較矮小的建筑的剪力墻，其水平分布筋和配筋數(shù)量要適當增加。

2.5 連梁設計

剪力墻結構中的連梁是連接墻肢與墻肢之間的梁。當剪力墻受到水平荷載的時候，墻肢可能會出現(xiàn)扭曲情況，連梁裝置則能夠均衡墻肢的水平負荷力，改善墻肢受力狀態(tài)，對墻肢起到了一定的約束和穩(wěn)定作用?？梢?，墻肢之間的連梁對整個剪力墻結構都具有重要作用，在剪力墻結構設計中是不可或缺的環(huán)節(jié)，一旦設計失誤或是不合理，必然會對剪力墻結構的設計帶來不良影響。所以，在進行連梁結構設計的時候，設計師應按照相關規(guī)定適當折減連梁結構剛度和高度，適當增加其跨度，從而降低結構剛度，完善抗震結構的設計，緩解地震作用的對剪力墻結構的影響。另外，為了進一步提高結構的承載力和抗震性能，設計師也可適當增加剪力墻結構厚度，增加連梁截面，使連梁裝置的作用得到最大限度發(fā)揮。

3 結 語

總之，為了滿足人們對工作、居住環(huán)境的高要求，我們在確保建筑結構安全的前提下，還應從設計層面下功夫，而剪力墻結構的合理設計和安排對于建筑整體結構的設計而言就顯得非常重要，其關系到建筑整體結構的穩(wěn)定性、耐久性和實用性，關系著工程效益的發(fā)揮，所以，在建筑結構設計中應用剪力墻結構時，我們必須遵循設計原則，根據(jù)建筑結構特點和設計要求合理布置剪力墻結構，使剪力墻結構的價值得以充分發(fā)揮，為建筑物整體質(zhì)量和安全奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]秦瑩.剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用[J].科技致富向導.2013，（29）：309.

[2]徐玲.剪力墻結構在建筑結構設計中的應用[J].城市建設理論研究.2013，（17）：44～45.