建筑结构设计中剪力墙设计的探讨

摘 要：随着我国建筑业的不断发展，对建筑设计有了更高要求。人们的物质需求得到满足之后对于建筑物的多样化需求也在增加，建筑结构变得越来越复杂。本文对建筑结构设计中关于剪力墙部分的设计进行剖析，先介绍了剪力墙的定义和分类，进而对剪力墙的设计原则以及优化措施进行了探讨，希望能给相关设计人员提供一些参考。

关键词：建筑结构；剪力墙设计；应用分析

当前，在高层建筑物的不断增多下，建筑结构的样式、结构安全性、功能性被提出了更高的要求。在这种环境下，剪力墙结构的运用优势便得到了充分的彰显。为了满足人们对于建筑物的功能要求，提高建筑物的整体质量，就需要对剪力墙的设计原则、注意事项进行分析，并提高剪力墙结构的技术水平，为高层建筑物创新发展提供基础保障。随着城市化进程的加快，人地矛盾日益突出，高层建筑的出现极大了缓解了这一现状，而剪力墙结构作为高层建筑的主要结构，其设计水平直接关系着高层建筑的质量和功能发挥。建筑结构设计人员必须在对设计原则进行全面把控的前提下，完善剪力墙设计技术，提高剪力墙结构质量，本文将对剪力墙结构设计工作做详细的研究。

1 剪力墙结构的基本定义

根据受力特点的不同，高层结构中墙体可以分为填充墙、承重墙和剪力墙，填充墙主要起到建筑功能分割的作用，承重墙主要是承受竖向的荷载，而剪力墙主要是承受水平荷载，而水平荷载主要来自于地震作用力，因此剪力墙又称抗风墙或抗震墙，其结构有抗侧刚度大的特点，以及侧移较小、抗震性能良好的优秀特点。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载（重力）的墙体，防止结构剪切（受剪）破坏。剪力墙分为平面和筒体两种，平面剪力墙主要用于钢筋混凝土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系，整体性好。筒体剪力墙主要用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中，在刚度及强度方面有明显优势。按照结构材料的不同又可以分为钢板剪力墙、钢筋混凝土剪力墙和配筋砌块剪力墙三种，其中钢筋混凝土剪力墙最为常见。

2 剪力墙结构设计的分类

根据剪力墙上的洞口开设情况以及墙体和开口之间的排列方式，将整个剪力墙结构分为四种类型，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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

3 剪力墙设计原则

3.1 避免墙肢平面外弯矩

剪力墙的平面外承载力和刚度较小，而对平面内承载力和刚度较大，因此在平面外方向相关的梁和剪力墙一起连接作用时，则会发生墙肢平面外有不同程度的弯矩，要尽可能的避免。

3.2 连梁超限调整

一般情况下剪力墙的连梁跨高比基本上都高于2.5，如果跨高比小于2.5的话，连梁就会很容易出现弯矩现象，并且剪力就会超过规范限值。而在相关规定中，跨高比要高于5的情况下，也应按照相应的框架梁施工结构设计，也就是说不折减梁刚度，也很容易发生弯矩，或者是剪力超过限值的情况。如果在实际的工作和施工中，能够多加注意这一点，就会对建筑工程的造价起到节省成本的重要意义。

3.3 规则性

在剪力墙的设计及使用过程中，保持规则性是十分重要的。以高层建筑为例，剪力墙的平面布置应当沿着建筑的两个主轴方向双向布置，并且两个主轴方向的剪力墙的侧向刚度不应出现较大差异，从而避免建筑产生侧向位移。在抗震结构建筑的设计中，简单规则的剪力墙设计尤为重要，相关的建筑设计人员应当尽可能考虑避免单向有墙的情况发生，从而保证地震发生时建筑体不会因剪力墙倒塌产生严重变形。如果整个建筑平面为三角形、圆形或是多边形时，为了避免单向有墙，整个剪力墙结构可以按照环向和径向布置，如果遇到转折或稍有错开时，设计时可按照一道剪力墙的模式来考虑。

3.4 简化抗震设计

对于主体结构布置情况相对比较简单的建筑物来说，在对剪力墙结构进行设计时，可以通过空间协同平面框架的应用对其进行计算。对主体结构布置情况较为复杂的建筑工程，则需要通过空间分析程序对其位移及内力等因素进行分析。同时，在实际设计过程中，要坚持简化计算的原则开展设计工作，且在对底盘长宽进行计算时需要能够在结合建筑主体结构长宽的基础上对其开展分析工作，并尽可能地以成比例的方式进行设计。

4 优化建筑结构设计中剪力墙结构设计

4.1 剪力墙连梁设计

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縫，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，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

当框架梁或次梁与剪力墙平面外相交时，剪力墙与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。因此，建筑设计人员可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改善。

5 结语

综上所述，我国的建筑工程越来越趋向于高层化，剪力墙结构作为高层建筑的主要结构，建筑企业必须对其设计水平进行有效提升。结构设计人员在进行剪力墙结构设计时，要积极采用先进手段，结合工程实际加以运用，保持严谨的态度和灵活的思维，对设计过程中出现的问题及时进行解决，保证剪力墙结构的设计质量，推动我国建筑行业的发展进步。

参考文献

[1]罗超.建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用探讨[J].建筑工程技术与设计，2017，（18）.

[2]杜靓.建筑结构设计中剪力墙结构的运用[J].建材与装饰，2017，（44）.

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