淺談剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

黃永攀

摘 要：在現代建筑結構設計中，剪力墻結構可以有效保證建筑物的穩(wěn)定性，同時也是建筑結構設計中應用十分廣泛的一種建筑結構形式、基于此，文章論述了剪力墻結構設計的相關原則以及在建筑結構設計中的應用。

關鍵詞：剪力墻；結構設計；應用

1 剪力墻結構概述

剪力墻結構是應用范圍較廣的承重體系，是縱向與橫向的鋼筋混凝土墻的結合，因能承受水平方向與豎直方向的力而得名，同時還能制約建筑在水平方向上產生的力。剪力墻由鋼筋混凝土墻體構成，它的產生是建筑結構的一種革新，用鋼筋混凝土墻體代替最初起承重作用的梁柱來承擔荷載以及荷載自身產生的力。剪力墻結構在高層建筑中應用的十分廣泛，發(fā)展至今已經成為一種十分常見的結構體系。剪力墻結構的優(yōu)點：剪力墻結構具有較好的穩(wěn)定性和整體性，能夠提高建筑物的承載能力；側向剛度較大，對建筑物水平方向的荷載有較好的限制作用，適合高層建筑；無外露梁柱和構件，不會影響建筑內部空間美觀和功能的分布。剪力墻結構的缺點：剪力墻雖然穩(wěn)定性好，承載力佳，但對建筑的類別限制較大，因其承重原理是靠墻體和樓板形成的受力系統(tǒng)，且一旦建成就不易拆除，在空間上更是宜小不宜大，所以對于住宅和賓館等空間間隔不大的居住類建筑，比較適用剪力墻結構；除此之外，剪力墻對鋼材的消耗也較大，在經濟性上不具備優(yōu)勢?？偟膩碚f，剪力墻結構整體性好，水平荷載作用下側向變形小，剛度好，但空間布局不夠靈活。

剪力墻結構體系特點剪力墻結構是現代建筑結構設計中一項必不可缺的構件和組成部分，剪力墻在建筑結構設計的應用中有其獨特的體系特點，加強對剪力墻結構體系特點的研究和分析能使剪力墻結構更好的發(fā)揮作用。承載力和平面內剛度較大是剪力墻結構的優(yōu)點，然而，剪切變形相對較大、平面外薄弱，以及剪力墻狀態(tài)常常會受到外力因素的破壞在其結構發(fā)生變化時影響其抗震性能，這些都是剪力墻結構在實際應用過程中的缺點，加上建筑工程中的諸多不確定因素，剪力墻結構中存在的缺陷對建筑結構的穩(wěn)定性有很大的影響。在建筑結構中具備的較強的承載能力是剪力墻結構最大的優(yōu)點，其水平荷載和豎向荷載的承受能力都十分強大，特別是剪力墻的側向剛度大，對建筑物的安全性有極大的保障。此外，由于剪力墻結構設計中是將石柱與房梁隱蔽起來的，這在很大程度上有利于建筑內部的美感度提升。然而，由于剪力墻結構具有較高的成本費用，因此其在建筑結構設計中的應用會給建筑單位帶來一定的經濟壓力。

2 剪力墻結構設計的優(yōu)化原則

2.1 剪力墻平面內外承載力及剛度適當。工程設計應注重剪力墻平面內外承載力及剛度適當的原則，應保證剪力墻平面外承載力及剛度較小，而平面內承載力及剛度則相對較大。實際建筑施工過程中，梁與平面外方向的剪力墻的連接方式為單側連接，這常會導致墻肢平面外彎矩，但常規(guī)的設計施工對墻的平面外的承載力及剛度實際驗算量不足，除了特殊設計施工需求，通常不要采用平面外單側連接方式，當使用平面外單側連接方式，應采用合理改進方法，保證剪力墻平面外穩(wěn)定性。

2.2 樓層間剪力系數最小。實際工程施工過程，應保證各樓層間的剪力系數最小的原則，有效降低建筑物重量，防止建筑物的抗震性降低進而引起嚴重安全隱患的問題，建筑設計方和施工方根據短肢剪力墻承受力矩的大小，實際調整樓層間剪力系數達到最小值，并保證建筑物質量的前提下，合理減少剪力墻的數量，對剪力墻結構的側向剛度進行適當加固，這可以有效降低整個建筑工程的建設成本和資源浪費，在合理范圍內擴大建筑各方和建筑用戶的經濟利益。

2.3 樓層間位移最大化與層高比。在建筑設計過程中，應實際調整樓層間位移和層高比，以保證樓層間位移最大值和層高比原則。與傳統(tǒng)建筑結構相比，剪力墻結構設計位移計算沒有加入建筑結構變形因素，其位移計算關鍵點是樓層間的彎曲變形情況，而通常樓層間發(fā)生的彎曲變形主要是扭轉和剪切，就剪切變形而言，其主要受建筑結構中的豎向構件影響。豎向構件應根據實際建筑情況進行有效調整，保證數量適中，保證樓層間不會出現扭轉變形或變形程度較小。因此實際高層建筑結構設計及施工過程中，應重點對樓層間位移最大化與層高比進行實時監(jiān)測，以降低扭轉變形，進而提升整體建筑結構的安全性和剛度。

2.4 剪力墻結構連梁限額。結構設計重點應保證剪力墻的跨高比超出2.5。如跨高比達不到該數值，其會使得剪力和彎矩超出標準范圍，進而可能產生相應的安全隱患。如果結構設計剪力墻的跨高比過大，也會引起相應危害的產生，如剪力墻結構的異變情況，使得剪力和彎矩超出標準范圍。因此實際建筑施工過程中，剪力墻結構設計應保證結構連梁超限調整原則，進而提高建筑物安全穩(wěn)定和堅固程度，有效保障建筑物質量和效率，控制建筑施工成本。

2.5 樓層最大層間最大位移與層高之比的調整原則。規(guī)范規(guī)定在計算多地震作用的樓層最大層間位移時，以樓間彎曲變形為主，計入扭轉變形，可不扣除結構整體彎曲變形，因此，對于高層建筑應盡可能扭轉變形最小，但又不能僅根據這些層間位移不夠，不加分析地增加豎向構件的剛度。在實際工程設計中，有些設計人員一看到某一方向層間位移不能滿足規(guī)范要求，就不斷地增加該項的側向剛度，此舉雖然可以解決問題，但應該注意此時結構的剪重比，若與規(guī)范限制接近則可行，若剪重比已經較大，則不應一味地增加也要學會減小對應一側的結構剛度，使其剪重比減小，地震作用減小，同樣可以達到較好的效果。

2.6 短肢剪力墻的應用。短肢剪力墻在《高規(guī)》中有明確規(guī)定：指截面厚度不大于300mm、各肢橫截面的高度與厚度之比應在4和8之間的剪力墻。短肢剪力墻的應用越來越廣泛，與長肢剪力墻相比，它的肢厚比更小，這種改進對于住宅建筑來說，更有利于空間的排布，室內的布局及二次設計中受到的結構限制也大大減小。雖然短肢剪力墻在靈活性和自由度上較長肢剪力墻更具優(yōu)越性，但是同長肢剪力墻相比，短肢剪力墻仍存在許多待解決和待提高的問題，比如它會使整個建筑結構的受力能力和承載力降低。雖然有過關于短肢剪力墻對結構受力性能影響大小的測試，其結果表明短肢剪力墻對結構受力的影響性較小，但在高層建筑的結構中仍不應選用全部為短肢剪力墻的布置形式。當建筑結構布置中，短肢剪力墻的數量較多時，應布置成筒體或者是一般剪力墻，通過這種方法使短肢剪力墻與筒體或一般剪力墻形成整體，一同抵抗水平力作用的剪力墻結構

3 結語

通過上述剪力墻概念、分類和剪力墻結構設計的優(yōu)化原則的闡述，以及剪力墻結構設計進行優(yōu)化分析來看。剪力墻結構設計的高抗震性和剛度等特點，可以對傳統(tǒng)建筑結構設計進行合理優(yōu)化。而剪力墻結構設計過程，應注重新材料、新技術和新方法的使用，同時也需對建筑設計施工成本進行有效控制，進而實現剪力墻的最大使用價值。

參考文獻

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