剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

魏兴涛

哈尔滨工业大学建筑设计研究院

摘要：中国经济的发展极大地带动了中国建筑行业的发展，人们对建筑结构设计的要求也越来越高，为了满足人们的需求，设计师设计的建筑结构形式也越来越丰富。剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用形式是决定建筑设计形式的一个重要部分。本文首先描述了剪力墙结构的基本概念与特点，说明了目前剪力墙结构的主要分类，然后分析了剪力墙结构的设计原则，在此基础上，提出了剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用，希望可以为更好的发挥剪力墙结构在建筑结构设计中的作用提供可行的方案。

关键词：剪力墙结构；建筑结构设计；应用

引言：建筑行业对发展的迫切要求以及人们对建筑要求的提高，使我国的建筑行业不可避免的遇到了种种问题，这既是机遇也是挑战。应对建筑行业的发展需要，创新形式是必不可少的。建筑结构设计是影响建筑质量以及建筑要求的关键因素，做好建筑结构设计的创新发展，以满足人们的需求，是建筑行业发展的重中之重。而剪力墙结构设计作为一种建筑行业新结构模式，其良好的应用是发展建筑结构设计的一种最好的表现形式。

一、剪力墙结构概述

（一）剪力墙结构的基本概念

剪力墙结构是一种基本的剪力墙体形式，其建筑墙肢的截面高度与厚度比具有明确的限定比，只有比值在6~9之间时才是合理的剪力墙结构。在建筑中剪力墙结构主要承受的是水平载荷，在建筑工程中其主要作用是抗剪力，在台风、地震等自然灾害发生时，其抗剪力作用更加突出。此外，其在建筑中也起到分隔空间的作用，这是一般墙体都具有的作用。一般常用的有实体墙、联肢剪力墙、壁式框架剪力墙等，在实际应用中，要根据建筑结构、功能需要、预算资金等进行合理的剪力墙结构选择。

（二）剪力墙结构的特点

设计师想要在设计建筑时，合理的使用剪力结构，要明白剪力墙结构基本的特点。首先，剪力墙结构在建筑中的主要作用为承担建筑结构一部分的竖向力和水平力，提高建筑结构的支撑力，保证建筑结构的抗震性和稳定性^[3]；其次，剪力墙结构在使用过程中应该遵守基本的原则，例如尽量减少用料，根据具体建筑结构特点进行剪力墙布置方案设计；最后，合理的规划剪力墙结构的施工顺序，确保尽可能提高施工效率，以及确保施工过程中施工人员的安全。

二、剪力墙结构的分类

（一）实体墙

未经过开洞处理的完整剪力墙结构为实体墙，但是由于工程定义的广泛性，现在一般认为，及时墙体进行了开洞处理，但是洞口面积占整墙面积的比例较小时，也称之为实体墙。实体墙由于没有进行开动处理或洞口较小，所以不易发生弯曲和力的突变，可以提高建筑整体的承受载荷能力^[2]，针对这种情况，实体墙的开洞是越小越好的，但是，有时考虑到建筑材料用量、成本控制以及结构要求时开洞也是有必要的，剪力墙结构具体的实际方式应该根据实际情况的需要，综合考虑后进行设计。

（二）壁式框架剪力墙

一般来说实体墙的开洞面积不得大于整墙面积的百分之十五，那么在剪力墙结构开洞面积大于百分之十五是，认为剪力墙结构的开洞面积已经非常大。当剪力墙结构开洞非常大时，剪力墙的墙肢就相对的较短，连梁的刚度与墙肢的刚度相差较小，剪力墙结构的实际受力情况类似于框架结构，这种剪力墙结构称为壁式框架剪力墙。有框架结构的稳定性相对较好，所以壁式框架剪力墙抵御大风或地震的性能良好。

（三）联肢剪力墙

当剪力墙结构中墙体的开洞很大，在刚度上连梁小于墙肢，这时的剪力墙结构为联肢剪力墙。由于联肢剪力墙的开洞较大，影响了剪力墙原本抗剪力的性能，所以其抗剪力性能不如实体墙。联肢剪力墙更像很多个单独的剪力墙进行的组合，其中加上连梁的作用后，联肢剪力墙形成一种完整的结构，并且剪力墙与连梁在大风与地震来袭时，共同承受载荷和剪力，虽然抗剪力性能稍差，但是根据实际建筑结构的需要，如果抗剪力条件能够满足，采用联肢剪力墙结构可以显著降低生产成本。

三、剪力墙结构的设计原则

（一）宽度与高度控制原则

普通的剪力墙结构中，主要的受力部件是柱体，所以进行剪力墙结构设计时，对剪力墙的弯矩进行计算后，按照剪力墙结构特有的弹性和非弹性结构特点，对剪力墙的宽度和高度进行控制设计，确保满足水平力和竖向力的承载要求，以剪力墙以柱体为主要受力，对建筑结构起到支撑的作用。

（二）刚度与延展性的控制原则

刚度与延展性主要影响的是建筑结构的稳定性。对于一般的剪力墙结构，剪力墙结构的刚度和延展性设计过程中，只要满足外梁与剪力墙结构分离即可，这样便可以保证剪力墙承载外部作用力的能力。对于具有特殊结构的剪力墙，还要根据具体的需要，以及施工现场的实际条件进行设计和优化，尽可能的提高剪力墙结构的刚度和延展性，最大限度的提高剪力墙结构的应用能力，确保建筑结构的稳定性能。

（三）剪力系数控制原则

通过对剪力系数的控制可以提高建筑整体的抗震性能，同时也能提高剪力墙结构的刚度。针对不同的剪力墙结构种类，剪力系数控制原则是不同的，要根据具体的结构形式进行剪力系数控制。通常要在结构内增加倾覆力矩，在进行计算后，确保剪力系数满足要求，从而提高建筑结构的抗震能力

^[3]。

四、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

（一）墙肢的平面设计

墙肢的平面要根据建筑平面的使用功能进行设计。首先，应尽可能使质量中心与刚度中心重合，从而减小扭转力；其次，剪力墙的平面布置是双向的而不是单向的，双向的剪力墙布置更能满足建筑结构的抗震性能要求与稳定性能要求；最后，为保证剪力墙的抗剪力平衡体系，应使剪力墙之间对齐排列。在实际的建筑设计中，还应在满足以上要求的基础上尽可能的进行成本控制，以满足建筑结构的经济性要求。

（二）墙肢的竖向设计

一般情况下，剪力墙的竖向设计遵守上下对齐的原则。这种布置方式形成的结构具有稳定性与安全性，同时计算简单，施工技术也简单，由于没有复杂的施工技术要求，所以经济性也较好。但是对于具有特殊要求的建筑结构，可能会采用剪力墙洞口结构错位布置，这种结构形式计算较复杂，要确保施工的可实施性与安全性存在一定的困难，通常也需要较高的成本投入。

（三）水平与竖向的钢筋设计

由于钢筋一般与混凝土配合使用，所以钢筋的水平与竖向设计一般较为复杂。首先，钢筋设计要满足钢筋自身的结构需求，这需要大量的数据计算，例如，墙肢的偏心受拉与受压正截面承载、墙肢偏心受拉与受压斜截面承载等，数据计算结束后进行钢筋的水平与竖向布置，以及估算钢筋材料与用量。其次，要将钢筋水平与竖向布置方式加入混凝土结构布置中，计算钢筋混凝土整体结构是否能满足性能要求，如果不能满足要求，则改变钢筋材料与用量或改变混凝土强度与配合比^[1]。

五、结语

建筑用地的紧张，迫切的要求建筑行业的相关人员，进行建筑规划，在保证建筑质量的基础上尽量提高土地利用率，即增加建筑层数。剪力墙结构是建筑结构设计的重要组成部分，也是保证建筑结构稳定性与抗震性的重要因素，这就要求人们不断进行剪力墙结构的探索，以期可以实现剪力墙结构在建筑结构中更好的应用效果。

参考文献：

[1]李浩.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[J].住宅与房地产,2019(28):67.

[2]孙旺.剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的应用论述[J].中国住宅设施,2019(08):50-51.

[3]张晓燕.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用探析[J].工程技术研究,2019,4(15):165-166.