淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張暉

摘要：由于我國(guó)可利用建設(shè)用地面積越來越少，致使建筑在豎向空間上向高層和超高層發(fā)展，而傳統(tǒng)普通框架結(jié)構(gòu)的各種性能規(guī)范限定不能滿足建筑空間分割的需求。本文通過實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，研究剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則，發(fā)現(xiàn)其性能優(yōu)勢(shì)，分析剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)，為將來建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做出一定的指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；優(yōu)化措施

隨著區(qū)域中心城市經(jīng)濟(jì)、政治、文化的發(fā)展和人們生活水平的提高， 越來越多的畢業(yè)大學(xué)生選擇在城市工作，致使城市人口越來越多，從而造成城市建筑越來越密集，容積率越來越高。為了滿足建筑的工程質(zhì)量，保證使用者的人身安全，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被運(yùn)用于許多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。在不同功能的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震性能和較大的抗側(cè)剛度，安全度高，所以剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于高層民居住宅較為常用。但是目前我國(guó)剪力墻結(jié)構(gòu)的發(fā)展缺乏一定的規(guī)范，從而造成建筑整體結(jié)構(gòu)受力不合理和增加施工成本等問題。通過本文對(duì)建筑剪力墻整體知識(shí)點(diǎn)框架體系的疏離，減少剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的不合理運(yùn)用，讓剪力墻結(jié)構(gòu)更好地服務(wù)于高層建筑。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

（一）剪力墻結(jié)構(gòu)的概念

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)中常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之一，其屬于鋼筋混凝土墻板構(gòu)成的承重結(jié)構(gòu)，需承受來自頂部水平方向鋼筋混凝土樓板的重量，相當(dāng)于鋼筋混凝土柱子的功能。由于其面積較大，在兩層樓板相約束的情況下，對(duì)水平方向的力有較強(qiáng)抵抗力，如地震水平拉力、風(fēng)產(chǎn)生的水平推力等。減少外力作用下建筑水平搖擺的程度，這種在垂直方向受力且水平方向保證建筑的穩(wěn)定性的建筑結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。

（二）剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

由于剪力墻結(jié)構(gòu)是使用墻板來替代框架結(jié)構(gòu)中梁柱的作用，在維持建筑穩(wěn)定性的同時(shí)在縱向上承擔(dān)全部的重量，這主要依賴于剪力墻結(jié)構(gòu)的以下特點(diǎn)。

首先，鋼筋混泥土剪力墻側(cè)向剛度大，抗壓抗側(cè)能力強(qiáng)。剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中的位置非常特殊，根據(jù)地域最大風(fēng)向設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的位置，從而使其結(jié)構(gòu)體系能很好地承受高層建筑豎向上和水平方向上的荷載，很好地控制建筑在水平外力作用下的側(cè)移程度。

其次，建筑剪力墻對(duì)建筑室內(nèi)空間的分割作用。由于建筑結(jié)構(gòu)剪力墻的高度一般與建筑高度相等，從底部基礎(chǔ)至頂部屋面，厚度很薄，而寬度根據(jù)建筑平面布局而定，在建筑空間結(jié)構(gòu)上使用較為方便，提高建筑室內(nèi)空間的利用率。

最后，抗震性能好，造價(jià)高。由于剪力墻結(jié)構(gòu)里面含有鋼筋、混凝土等材質(zhì)，致使其本身結(jié)構(gòu)重量加大，從而增加地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的性能，比起梁柱的施工，剪力墻結(jié)構(gòu)從材料、模板等方便為施工增加難度和造價(jià)。

（三）剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

由于建筑的使用功能不同、立面墻體洞口設(shè)計(jì)和平面空間設(shè)計(jì)不同，依據(jù)實(shí)際情況，把剪力結(jié)構(gòu)墻分為以下四類作為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考指標(biāo)之一。

第一類，剪力墻為實(shí)體墻結(jié)構(gòu)。這類剪力墻是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見的結(jié)構(gòu)形式之一，即墻面沒有開口或開口面積不超過墻面表面積15%的鋼筋混凝土墻。這類剪力墻剛度性能最好，抗側(cè)能力強(qiáng)，很難產(chǎn)生水平方向的曲型變形，如無特殊原因，墻體使用壽命較長(zhǎng)，常用于高層建筑外墻部分。

第二類，剪力墻面有開口的實(shí)體墻結(jié)構(gòu)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這種剪力墻面上出現(xiàn)開口面積在墻體面積15%以內(nèi)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱為剪力墻整體小開口，常用于住宅設(shè)計(jì)中。這類剪力墻結(jié)構(gòu)在外力作用下計(jì)算出其彎矩較為穩(wěn)定，保證建筑不會(huì)出現(xiàn)異常變形，如移位、扭曲等。

第三類，多肢剪力墻結(jié)構(gòu)。即剪力墻面有多處開小口且開口面積超過墻面面積15%的結(jié)構(gòu)，由于墻面開口面積較大或開口較多，不影響整體剪力墻的受力分布，其性能與整體上開小口的剪力墻性能相似，不會(huì)使建筑發(fā)生異常變形。

第四類，壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)。即剪力墻墻面上的開口尺寸較大，使得剪力墻各個(gè)部分的剛度大小相差不大，形狀上剪力墻面造型與框架結(jié)構(gòu)造型相似，這一類型的剪力墻結(jié)構(gòu)將會(huì)在樓層轉(zhuǎn)角處因受力不均產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，從而降低建筑結(jié)構(gòu)整體性能，在受到水平外力時(shí)將會(huì)發(fā)現(xiàn)異常變形。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)原則

剪力墻結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)中重要的受力結(jié)構(gòu)，本著對(duì)建筑使用的安全系數(shù)考慮，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，需遵循以下三個(gè)原則。

第一，樓層間最小剪力系數(shù)原則。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用科學(xué)的數(shù)字化手段對(duì)房屋受力進(jìn)行計(jì)算和估測(cè)，增強(qiáng)建筑的抗震、抗側(cè)及承載能力，控制剪力墻樓層間的剪力系數(shù)，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)合理開口，在很大程度上將減少房屋自身重量，降低施工時(shí)的難度和成本。

第二，樓層間位移與樓層高度之比合理調(diào)整原則。通過查閱資料和實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了對(duì)建筑樓層之間的剪切或扭轉(zhuǎn)變形，在豎向上常采用腳手架等構(gòu)件進(jìn)行控制。然而，構(gòu)件本身重量將增大剪力墻的承載負(fù)荷，造成剪力墻受力不合理，從而減少剪力墻結(jié)構(gòu)的抵抗性能，不利于建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)。所以，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)，應(yīng)更具建筑層數(shù)、層高、樓層間的最大位移等比例調(diào)整樓層高度，盡可能減少建筑發(fā)生變形的情況。

第三，剪力墻跨度與高度比合理調(diào)整原則。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跨高比系數(shù)小于2.5，那么設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)的抗彎、抗側(cè)性能將達(dá)不到預(yù)測(cè)的目的。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)不同建筑性能做出合理調(diào)整，根據(jù)跨高比值不同做出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保剪力墻結(jié)構(gòu)性能更好地發(fā)揮出來。

（二）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、 剪力墻結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)

剪力墻在建筑平面的布置設(shè)計(jì)對(duì)室內(nèi)空間的劃分和建筑的整體性能有著密切的關(guān)系，所以在剪力墻平面布置的時(shí)候應(yīng)注意。首先，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)呈T型或L型沿主軸方向雙向均衡布置，不宜成“一”字形單向布置，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而減少地震時(shí)建筑的扭轉(zhuǎn)程度。其次剪力墻的數(shù)量不應(yīng)過多過密，厚度要有計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則將造成建筑自身重量增加，不利于建筑長(zhǎng)期發(fā)展。最后，為了使建筑剪力墻剛度分布均勻，剪力墻上的開口位置、大小要有所控制，盡量成排設(shè)置窗口或門，是剪力墻均衡受力，從而設(shè)計(jì)出的較為實(shí)用的剪力墻結(jié)構(gòu)。endprint

2、剪力墻的規(guī)格選擇

為了保證剪力墻的使用壽命，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，墻體的寬度和厚度應(yīng)有所限制，如一般剪力墻分支長(zhǎng)度不超過8米。由于剪力墻較薄，住宅設(shè)計(jì)中一般不超過20公分，當(dāng)其高寬比系數(shù)大于2時(shí)性能較好，可以防止建筑受力發(fā)生脆性破壞。而如果剪力墻分支長(zhǎng)超過8米時(shí)，將成為獨(dú)立的剪力墻結(jié)構(gòu)，或者為滿足其性能，通過在剪力墻上開口，使之形成分段式受力均衡的剪力墻。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)的其他細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

由于剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用范圍較廣，所以剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所需要考慮的細(xì)節(jié)也較多，常見的有以下兩個(gè)。

第一，剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁細(xì)部設(shè)計(jì)，即建筑結(jié)構(gòu)中起到連接墻肢和墻肢的梁，簡(jiǎn)稱連梁。在長(zhǎng)期的水平荷載影響下，注重連梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使與輕質(zhì)材料填充縫隙，可以很大程度上減少剪力墻受破壞的幾率，提高其結(jié)構(gòu)性能。

第二，剪力墻結(jié)構(gòu)的組成材料設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)中豎向和橫向鋼筋的布置、水泥和砂石的性能等級(jí)以及它們的比例等細(xì)節(jié)，都是影響剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能的重要影響因子，所以，在進(jìn)行其材料選擇時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑的構(gòu)造受力進(jìn)行計(jì)算，選擇正確的材料才能達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的要求。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的優(yōu)化措施

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜嚴(yán)謹(jǐn)，為了進(jìn)一步完善剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要從以下三個(gè)方面進(jìn)一步優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

首先，充分發(fā)揮剪力墻對(duì)空間有分割的作用，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上按一定規(guī)范布置剪力墻，減少室內(nèi)柱、梁的布置，使室內(nèi)空間最大化，以人為本進(jìn)行布置，為建筑使用者提供方便。

其次，利用剪力墻可開口的設(shè)計(jì)原則，運(yùn)用美學(xué)原理和力學(xué)計(jì)算在建筑外立面合理的設(shè)計(jì)窗口，增加建筑室內(nèi)自然通風(fēng)采光和建筑的審美，從景觀的角度優(yōu)化建筑外立面裝飾，提高建筑整體風(fēng)貌的美學(xué)設(shè)計(jì)。

最后，利用建筑剪力墻具有一定自重和抗風(fēng)抗震的性能，在地震多發(fā)地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，增加剪力墻體的形體表現(xiàn)，突出地域風(fēng)俗的建筑特色，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)旅游規(guī)劃創(chuàng)造亮點(diǎn)。

結(jié)束語 ：

通過本文以上剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)的體系的研究，以及調(diào)查剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，深刻了解到剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于當(dāng)下建筑行業(yè)發(fā)展中建筑設(shè)計(jì)的重要意義。為了提高高層建筑的使用性能，作為建筑設(shè)計(jì)師，應(yīng)具有較高的責(zé)任心，嚴(yán)格遵循建筑剪力墻結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，依據(jù)建筑平面設(shè)計(jì)合理布置剪力墻。以便從整體上提高建筑的有效使用時(shí)間，促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡金焱.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（31）.

[2]張泳.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2014，（20）.

[3]主寶皆，馬樹然.論剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].門窗，2014，（1）.

[4]林堅(jiān)湘.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例簡(jiǎn)述[J].中華民居（下旬刊），2014，（3）.

[5]曹佳瑩.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].中華民居（下旬刊），2014，（3）.

[6]付艷強(qiáng).論剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2014，（1）.endprint