浅议剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

【摘 要】近年来，随着高层建筑的不断发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出更高的要求，而剪力墙就在这样的背景之下应运而生，由于它的结构具有抗侧刚度大，可以有效地减少侧移，并且还具有良好的抗震性能等优势，已经被广泛地应用到高层建筑中，本文将浅议剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用。

【关键词】剪力墙；结构设计；原则；建筑结构设计；应用

引言

随着科技经济的不断发展，人们对高层住宅的平面和空间的要求也越来越高，普通的建筑结构设计已经渐渐地不能满足人们日益增长的住宅需求，于此剪力墙就在这种高需求下诞生了。剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙，在房屋或构筑物中是一种主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。剪力墙结构刚度大，整体性能好，且用钢量较省，相对于其他建筑结构设计而言较为经济，而且外形美观，便于室内布置，因此剪力墙受到了众多开发商和业主的高度青睐。下文将针对剪力墙结构的布置原则以及剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行简要地分析。

1 剪力墙结构的布置原则

用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，以此来承担因各类荷载引来的内力，且能够有效地控制结构的水平力，这种利用钢筋混凝土墙板来承受竖向力和水平力的结构就称为剪力墙结构。剪力墙的间距一般为3m～5m，因此其平面布置的灵活性还是受到了一定的限制。下面将简要地论述一下剪力墙的布置原则：

（一）在剪力墙结构中，剪力墙承受了全部的竖向力以及水平力，所以剪力墙一般情况下应该沿着建筑物的主要轴线双向布置。尤其是在抗震结构之中，应该避免单向有墙的结构布置形式，并且还要促使两个方向的抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期应该相近。

（二）为了增加抗震能力，剪力墙应该尽量拉通对直。在建筑结构设计中，门、窗等上下各层要对齐，这样才能形成明确的连梁和墙肢，明确了受力，计算才能简单化。在抗震结构中，应该尽量避免叠合错洞墙和错洞剪力墙的出现。其中叠合错洞墙的洞口因为错开距离很小，有时甚至会出现叠合的现象，这样一来，不仅墙肢不规则，而且在洞口之间会形成薄弱部位，对抗震产生会产生很不利的影响。

（三）剪力墙沿竖向时应该贯通建筑物的全高，从整体出发。剪力墙沿竖向改变的时候，允许其沿高度改变墙的厚度和混凝土的等级，或者是减少部分墙肢，促使抗侧刚度逐步减小，避免各层刚度突变，而造成应力集中。

（四）剪力墙要尽量避免在洞口与墙边、洞口与洞口之间形成小墙肢。另外小墙肢的宽度不宜小于三倍墙的厚度，并且还要用暗柱加强。

（五）如果是较长的剪力墙，那么应该开设洞口，将剪力墙平均地分为若干墙段，墙段与墙段之间应该用弱梁连接，另外每个对立的墙段的总高度与其截面的高度之比不宜小于2，因为墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，这样一来，墙体配筋才能够充分地发挥其作用，所以墙肢截面的高度是不宜大于8m的。

（六）在高层建筑中不宜采用全部为短肢剪力墙的结构形式，因为短肢墙应该尽可能地设置在翼缘。如果出现短肢剪力墙较多，那么就应该布置筒体，形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。

（七）尽量控制剪力墙的平面外弯矩，为此应该采用增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或者增加壁柱等方式，来有效地减少梁端部弯矩对墙的不好影响。另外，对截面较小的楼面梁可以设计为半刚接或铰接，这样可以减少墙肢的平面外弯矩。

（八）不能将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁之上。因为一方面主梁端部约束会因此而达不到要求，连梁也会因为没有抗扭刚度而去抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁本身会产生不利的影响，连梁本身的剪切应变比较大，易出现裂缝。

2 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

（一）剪力墙截面厚度

在建筑结构设计中之所以会规定剪力墙的最小厚度，是为了保障剪力墙平面之外的刚度以及稳定性能。当墙肢平面外出现与之相交的剪力墙的时候，可以将其视为剪力墙的支承，这样一来就有利于保证剪力墙平面外的刚度和稳定了。因此在确定墙肢的最小厚度的时候，应该按层高以及无支长度两者的较小值来计算。有关规范规定：在非抗震设计时，剪力墙的最小厚度不应该小于层高或者无支长度的1/25，并且还要大于160mm。而在抗震设计时，底部加强区在一、二级抗震等级时不宜小于1/20，并且大于等于160mm；三、四级抗震等级时不小于1/20，且大于等于160mm。其他各层在一、二级抗震等级时，不能小于层高或者无支长度的1/20，且大于等于160mm；在三、四级抗震等级时不小于1/25，且大于等于160mm。分隔电梯井或管道井的墙应大于等于160mm。

（二）剪力墙结构设计中混凝土的强度等级

剪力墙结构混凝土强度等级不宜低于C20；而带有短肢剪力墙和筒体的剪力墙结构的混凝土强度等级不宜低于C25。

（三）设置构造边缘构件和约束边缘构件

剪力墙一般在一、二级抗震的一般部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的时候，剪力墙的墙肢端部应该设置构造边缘构件；在一、二级抗震的底部加强部位以及其上一层的墙肢端部应该设置约束边缘构件。

（四）只有确定了竖向分布钢筋的最小配筋率，才能防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力。另外，如果想进一步防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏，那么就必须规定水平分布筋的最小配筋率。一般剪力墙的竖向和水平分布筋的配筋率为：一、二、三级抗震等级时不宜小于0.25%，四级抗震等级及非抗震等级时为0.2%，间距不应大于300mm，直径不应小于8mm，也不宜大于墙肢厚度的1/10。

（五）剪力墙连梁超筋的处理

连梁超筋在剪力墙结构设计中是一种常见现象，常言道：防范于未然，所以连梁配筋时就务必应该满足以下要求：

1.连梁上下纵向受力钢筋伸入墙内的锚固长度抗震设计时不应小于aEl，非抗震设计时不应小于al，且不应小于600mm。

2.在抗震设计的剪力墙中，沿连梁全长箍筋的构造要求应采用框架梁端加密区箍筋构造要求；在非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径应不小于6mm，间距不大于150mm。

3.在顶层连梁锚入墙体的钢筋长度范围内，应该配置间距不大于150mm的箍筋，构造箍筋的直径与该连梁的箍筋直径要相同。

4.截面高度大于700mm的连梁，在梁的两侧面应该设置纵向构造钢筋（腰筋），沿高度间距不大于200mm，直径不应小于10mm。另外还应该将墙面的水平分布钢筋拉通。

5.在跨高比不大于2.5的连梁中，梁两侧的纵向分布筋（腰筋）的面积配筋率不应低于0.3%，且应将墙肢中的水平钢筋拉通连续配置，以加强剪力墙的整体性。

6.一、二级剪力墙底部加强部位跨高比不大于2，墙厚大于等于250mm的连梁，可采用斜向交叉配筋，以改善连梁的延性。

如果出现剪力墙连梁超筋的现象，一般有以下三个处理方法：一是想法设法地减小连梁的截面高度；二是在抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可以进行塑性调幅；三是当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响的时候，方可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，再按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下进行结构内力分析，最后墙肢应该按照两次计算所得的较大内力进行配筋计算。

3 结束语

总之，随着高层建筑的不断发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出了更高的要求，而剪力墙在一定程度上满足了这些高要求。如果剪力墙想更好地发挥其刚度大、外形美观等优点，并又想克服自身结构上的缺点，那其关键就全在于设计。

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