建筑结构设计中的剪力墙结构设计

建筑结构设计中的剪力墙结构设计

王博贤

身份证号码： 342222199209208057

摘要：剪力墙是一种具有均匀布置效果、水平位移小、侧向刚度强的建筑结构，广泛用于建筑结构的设计。在工程实践中，剪力墙结构的设计要严格遵守设计规范，尽量减少短肢剪力墙的应用次数，简化剪力墙的结构形式，改善其对称性和连续性，在构件应用、配筋、剪力墙厚度控制、结构设计等方面，保证结构设计的可行性。

关键词：建筑结构；剪力墙；结构设计

引言

剪力墙又称抗风墙、抗震墙，是一种特点鲜明的结构抗侧力构件。剪力墙具有布置灵活、刚度大、抗震能力强，受工程设计人员青睐。在实际应用过程中，设计人员要结合实际建筑方案，综合考量各方因素，制定切实可行的设计方案。在剪力墙的设计过程中，不仅要注重建筑整体刚度的分配，还要重视单片剪力墙的设计，单片剪力墙的长度、位置、配筋等都对结构性能影响很大。本研究主要从建筑结构角度分析讨论剪力墙的实际应用。 

1.剪力墙结构

在工程实践中，位移墙既可以作为一种结构墙体，又可以作为一种防震墙体。该类型的墙体具有较少的厚度、更大的应用范围和更好的承载力。剪力墙结构在现代建筑中的应用，使整个建筑的承载力和抗压性能得到了进一步的改善，这对于确保建筑物自身的安全和稳定性具有十分重要的意义。在采用剪力墙时，应在墙体上设置一些孔洞，以达到较好的使用效果，同时又能满足建筑的基本要求，不过这样一来，就会对它的承载力造成一定的影响。

在实践中，按剪力墙的开口型可划分为若干种类型。首先是实体剪力墙。这类墙体主要是指没有设置洞口，其稳定性和承载能力一般都很高。第二个是整体小开口剪力墙。当采用这种位移墙时，墙壁上会出现一些孔洞，但是这些孔洞的面积一般不会超过建筑整体的15%。虽然开口很小，但对剪力墙的整体稳定和承载能力有一定的影响，从而造成连续梁在实际应用中出现逆向弯曲。三是连肢剪力墙结构。这类位移墙一般都会在墙体上留一个大的孔洞，从而影响到整个结构，使其承受能力难以得到保证，从而对位移墙的承载力产生一定的影响。

2.剪力墙的分类

2.1.根据墙肢尺寸分类

在建筑结构中，剪力墙构件一般都有不同的壁肢接口尺寸，根据其横断面长度与宽度之比，可将其分为若干种形式。其中，异形柱的长宽比小于4，小墙肢剪力墙的长宽比为4~5，短肢剪力墙的长宽比为5~8，而一般剪力墙的长宽比大于8。按高宽比小于1的矮墙、高宽比大于2的高墙、中高墙和高宽比的高墙、高宽比大于2的墙、高宽比和中高墙的区别。

2.2.按洞口率的影响划分

在剪力墙结构的设计中，为了满足使用者的功能性要求，往往在墙体上设置一定的大小和形状。有关技术规范规定，在剪力墙内，门窗的开孔必须成列对齐，并保证连梁与墙角之间的距离，以防止出现不同的墙体宽度。相关研究成果表明，洞口在剪力墙中的布局对墙体的变形和受力状况有直接的影响。根据洞口开设情况可以将剪力墙划分为4类，分别为整体墙、小开口墙、双肢墙以及壁式框架。

2.2.1.整体墙

剪力墙所开设洞口数量少或无洞口时，可以忽略洞口对剪力墙结构性能的影响，此类剪力墙可以称为整体墙。在实践中，如果剪力墙中所布设的门窗洞口仅占据15%的剪力墙墙体空间，而开孔的边沿之间的距离不会大于墙边，那么就可以称之为整体墙。在受力方面，这种剪力墙是一种下端固定，上端自由的竖向悬臂，其高度和宽度都较大，可以在墙的变形下保持平行，横断面的纵向应力是直线分布的。

2.2.2.整体小开口墙

小开放墙的孔径大于整体墙，而窗洞占剪力墙墙的15%以上。从受力角度看，截面法向应力近似于线性分布，相当于壁肢弯矩和直线分布的总和，由弯曲应力组成的弯矩一般为总弯矩的15%，而墙体的变形则与整体墙相近，墙肢上没有出现反弯点。

2.2.3.联肢墙

当剪力墙内的大口径孔洞数量多，并成一列时，称为“联肢墙”，此时的墙体等同于众多墙肢借助连梁连接的混合体。随开孔柱数目的增大，可将其分为双肢墙或多肢墙。连梁对剪力墙体的承载能力有很大的影响，在刚度下降时，墙体更易发生变形。水平荷载下，墙体局部产生大弯矩，导致截面法向应力分布偏离直线状态。

2.2.4.壁式框架

壁式框架类剪力墙上布置着尺寸更宽大的洞口，此时的墙肢宽度低于洞口尺寸，墙肢与连梁具有相差不大的刚度，剪力墙具有等同于框架结构的受力变形特性。在结构受力方面，壁式框架的截面法向应力相对联肢墙具有更大的变化，局部弯矩问题更为明显，存在较多反弯点分布于墙肢上。

3.剪力墙结构设计的应用

3.1.基础方案及平面布置

在进行剪力墙基础方案和承重构件的设计时，应充分考虑周围地质条件、水文条件、建筑群分布、施工技术等因素的影响，从而使地基的设计更具可行性。剪力墙是一种平面化的墙壁，因此其平面布局十分重要。一方面，采用双向布局的方法，可以有效地提高剪力墙的承载能力和抗剪性能，提高空间利用率，提高企业的经济效益。在墙体布置的过程中，需要始终坚持对称性原则，既要达到墙体的承载能力，又要满足建筑的美学需要。另一方面，剪力墙的中心应与建筑物的整体空间轴线相协调，并确保其均匀，从而使剪力作用得以有效地分散。对于高、大面积的建筑物，应确保剪力墙的长度合理，并形成一系列的联肢墙，这样这对提高墙体整体稳定，确保建筑平面布置的合理性。

3.2.剪力墙厚度与配筋

合理控制剪力墙的厚度和加强钢筋可以使其整体使用效果得到进一步提高。在进行剪力墙结构的设计时，应按抗震要求和有关规范的规定进行合理的设计。但对于多层或者高层建筑的一些规定，有些规则并不完全适用。如果建筑结构对于空间有一定的要求而不能设计外纵墙、翼墙等，则墙体的厚度需要达到320mm的最低值，同时进行合理计算和分析，保证墙肢轴压比满足工程的实际需求。对墙体加筋比例的确定，应按照国家有关规范的有关条款进行，如《混凝土结构设计规范》中明确规定，如果是123级地震，在设计时，墙体的钢筋比例不能小于0.25%，而加固构件的钢筋比例必须大于0.3%。此外，在进行配筋时，应按剪力墙的受力情况进行合理的计算，在此基础上，根据试验结果，适当地加大钢筋的配比，以适应剪力墙的施工要求，但应充分考虑其自身的形状、厚度，盲目地加大钢筋，会造成墙体自重。

3.3.大墙肢处理

剪力墙结构自身具有一定的延展性，应充分考虑其对整体承载力、安全稳定性和耐久性的影响。在设计时，若采用较长的剪力墙，则应首先确保其本身的承载力与实际要求相符。同时，为改善墙体的整体承载力，应将其分为若干个单独的墙段。在采用短壁型时，应采用适当的配筋设计，以改善墙体的整体承载能力与强度。而在施工之前，必须先在墙体上凿开一个洞，然后在洞内填土，以确保整体的质量。

3.4.连梁设计

连梁可以增强剪力墙的刚度，使其截面增大，跨径减小。连续梁抗剪强度偏低是其结构的一个缺点，超过设计强度时会产生弯曲失效问题。在地震作用下，剪力弯矩控制是设计者经常遇到的困难，若仅采用提高连梁高度的方法，将使钢筋的配筋系数进一步增大，具体来说，可以采用减小连梁刚度和加强混凝土等级的方法进行优化。设计时可以考虑连梁的刚度折减，而连梁的刚度调节可以通过跨度、截面高度和横向缝的调节和调节来达到。在工程实践中，由于截面高度的减小，使剪切段变窄，不够实用。提升跨度既可以提高结构的抗剪性能，又不会提高结构的刚度，但是必须同步进行剪力墙的加厚，这不仅在经济上有缺陷，而且还会影响结构的功能性。因此，设计人员需要通过水平缝将连梁转化为双连梁，将连梁截面宽度扩增为之前的两倍，有效解决连梁超限问题。

4.结束语

综上所述，在高层建筑中，剪力墙是一种很好的结构形式。在某些建筑工程中，为提高结构的抗震性能，往往采取设置剪力墙来提高结构的稳定性。因此，在保证工程效益的前提下，施工单位必须根据剪力墙的设计原理和工程实际，进行合理的设计和布置。

参考文献

[1]王展.剪力墙结构设计在建筑结构中的应用探析[J].甘肃科技,2021,37(24):118-120+144.

[2]王秀龙,方国瑞.建筑工程设计中的剪力墙结构设计探讨[J].工程建设与设计,2021,(18):19-20.

[3]苏勒德.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略[J].科学技术创新,2021,(25):107-108.