浅谈建筑工程中剪力墙结构设计的应用

摘要：随着我国科技的不断提高和经济的飞速发展，建筑事业也获得了突飞猛进的发展。剪力墙结构由于具有较好抗震性和抗侧刚度，在建筑行业获得了广泛的应用。本文通过对剪力墙结构设计进行全面分析，为在建筑结构中正确的使用剪力墙提供技术参考。

关键词：剪力墙； 结构设计； 应用分析

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言

剪力墙结构是由一定数量的钢筋混凝土竖向纵、横墙体和楼层(板)组合在一起的空间受力体系。剪力墙结构中的墙体，一般由于门窗设置的需要和设备管道的穿过，都开有一定数量的洞孔，从而形成了各种类型的剪力墙，它们具有各自的受力特点和不同的内力、位移计算方法。通过认真分析各自特点，提高剪力墙结构的综合利用率，可更好的促进我国建筑事业的发展。

1、剪力墙结构概念设计

剪力墙是一种抵抗侧向力的结构单元，与框架柱相比，其截面薄而长(受力方向截面高宽比大于4)，在水平荷载作用下，截面抗剪问题较为突出。剪力墙结构的受力变形具有以下特点：

（1）水平荷载作用下的受力变形特点

水平荷载作用下，悬壁剪力墙的控制截面是底层截面，所产生的内力是水平剪力和弯矩。墙肢截面在弯矩作用下产生下层层间相对侧移较小，上层层间相对侧移较大的“弯曲型变形”，在剪力作用下产生“剪切型变形”，此两种变形的叠加构成平面剪力墙的变形特征。通常情况下，根据剪力墙高宽比的大小可将剪力墙分为高墙()、中高墙(1≤≤2)和矮墙(

（2）剪力墙的破坏特征

悬臂剪力墙可能出现如1所示的几种破坏情况。实际工程中为了改善平面剪力墙的受力变形特征，结合建筑设计使用功能要求，在剪力墙上开设洞口而以连梁相连，以使单肢剪力墙的高宽比显著提高，水平荷载作用下，剪力墙主要是受弯工作状态，由受弯承载力决定破坏状态。

2、剪力墙的结构布置

2.1高宽比限制

钢筋混凝土高层剪力墙结构的最大适用高宽及高宽比应满足水平荷载作用下的整体抗倾覆稳定性要求，A级和B级高层剪力墙的最大适用高度应分别满足抗震规范标准要求。A级和B级高度钢筋混凝土剪力墙的高宽比限值分别满足建筑抗震需求。

2.2结构平面布置

（1）剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；一般情况下，采用矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；三角形及Y形平面可沿三个方向布置；正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大，宜自下到上连续布置，避免刚度突变。

(2)剪力墙结构中，如果剪力墙的数量太多，会使结构刚度和重量都太大，不仅材料用量增加而且地震力也增大，使上部结构和基础设计都困难。一般来说，采用大开间剪力墙(间距为6．0～7．2m)比小开间剪力墙(间距3～3．9m)的效果更好。以高层住宅为例：小开间剪力墙的墙截面面积约占楼面面积的8%～10%，而大开间剪力墙可降至6%～7%，不仅降低了材料用量，而且增大了建筑使用面积。判断剪力墙结构合理刚度可以由结构基本自振周期来考虑，宜使剪力墙结构的基本自振周期控制在(0．05～0．06)Nm(Nm为层数)。

2.3结构竖向布置

(1)普通剪力墙结构的剪力墙应在整个建筑竖向连续，上应到顶，下要到底，中间楼层不要中断。剪力墙不连续会使结构刚度突变，对抗震非常不利。顶层取消部分剪力墙而设置大房间时，其余的剪力墙应在构造上应予以加强。底层取消部分剪力墙时，应设置转换楼层，并按专门规定进行结构设计。为避免刚度突变，剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减少宜为50～100mm，使剪力墙刚度均匀连续改变。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。

（2）抗震设计时，剪力墙底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起；部分框支剪力墙结构的剪力墙，其底部加强部位的高度，可取框支层加框支层以上两层的高度及落地剪力墙总高度的1/10二者的较大值；其他结构的剪力墙，底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值；当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。

3、剪力墙最小厚度及材料强度选定

3.1剪力墙材料选择

剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20；带有简体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。

3.2剪力墙的最小截面尺寸要求

(1)按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于200 mm；其他部位不应小于160 mm。当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时，其底部加强部位截面厚度不应小于220 mm；其他部位不应小于180 mm。

(2)按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于160 mm；其他部位不应小于160 mm。无端柱或无翼墙的一字形独立剪力墙，底部加强部位截面厚度不应小于180 mm，其他部位不应小于160 mm。

(3)非抗震设计的剪力墙截面厚度不应小于160mm。

(4)剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160 mm。

4、剪力墙设计计算要点和程序框图

4.1剪力墙设计要点如下：

(1)剪力墙结构中剪力墙的平面布置必须使结构质心和刚心尽可能接近，以避免产生扭转效应。剪力墙的布置应能抵抗两个主轴方向的水平荷载的作用，特别地，在抗震设计时，应使结构在两个主轴方向的抗侧刚度及振动性能相接近。

(2)剪力墙的数量应能保证在抗震设计时，剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。并能满足高层建筑结构顶点水平侧移限值和房间相对侧移限值的要求。

(3)剪力墙墙肢截面高度不宜大于8 m；较长的剪力墙宜设置连梁跨高比不小于6的洞口，将一道剪力墙分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于3。

(4)楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁上。当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或在墙内设置暗柱，并应符合下列规定：

a）设置沿楼面梁轴线方向与梁相连的剪力墙时，墙的厚度不宜小于梁的宽度。

b）设置扶壁柱时，其宽度不应小于梁宽，墙厚可计入扶壁柱的截面高度。

c）墙内设置暗柱时，暗柱的截面高度可取墙的厚度，暗柱的截面宽度不应小于梁宽、不宜大于墙厚的4倍。

d）应通过计算确定暗柱或扶壁柱的竖向钢筋(或型钢)，竖向钢筋的总配筋率应符合下列要求：非抗震设计时不应小于0．6%；抗震设计时，一、二、三、四级分别不应小于1．0%、0．8%、0．7%和0．6%。

e）楼面粱的水平钢筋应伸入剪力墙或扶壁柱伸入长度应符合钢筋锚固要求。钢筋锚固段的水平投影长度，非抗震设计时不宜小于0．4lab，抗震设计时不宜小于0．4labE；当锚固段的水平投影长度不满足要求时可将楼面梁伸出墙面形成梁头，梁的纵筋伸入梁头后弯折锚固，也可采取其他可靠的锚固措施。

f）暗柱或扶壁柱应设置箍筋，箍筋应符合柱箍筋的构造要求。抗震设计时，箍筋加密区的范围及其构造要求应符合相同抗震等级的柱的要求，暗柱或扶壁柱的抗震等级应与剪力墙或核心筒的抗震等级相同。

(5)抗震设计时，除底部加强部位应对剪力设计值进行抗震调整外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计

值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1．4和1．2。且短肢剪力墙的全部纵向钢筋的配筋率应满足底部加强部位不宜小于1．5%，其他部位不宜小于1．0%。

4.2剪力墙结构设计计算程序框图

计算程序如图1所示：

图1剪力墙结构设计计算程序框图

5、结语

在对剪力墙结构设计进行有效分析的过程中,我们应重视其基本概念的设计,认真把握设计中遵循的各项原则,合理选用有效的长度和宽度,使设计达到最佳的效果。只有这样才能保证建筑结构经济安全,有效降低工程成本,促进整个工程建设的持续稳定发展。

参考文献：

【1】薛云飞,马晓霞.谈剪力墙结构设计中的几个问题[J].陕西建筑,2008（6）.

【2】赵守勇.剪力墙结构设计分析[J].煤炭技术,2011,（30）.

【3】秦艳,焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技向导,2011(2)

个人简介：农丽萍（1983.1-）, 女（壮族），广西南宁人，助理工程师，学士学位， 从事建筑结构设计工作。