浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

　　摘要：由于我国可利用建设用地面积越来越少，致使建筑在竖向空间上向高层和超高层发展，而传统普通框架结构的各种性能规范限定不能满足建筑空间分割的需求。本文通过实际经验，研究剪力墙结构设计的要点和设计原则，发现其性能优势，分析剪力墙结构在建筑结构设计中的特点，为将来建筑结构设计做出一定的指导借鉴意义。

　　关键词：剪力墙结构；设计要点；优化措施

　　随着区域中心城市经济、政治、文化的发展和人们生活水平的提高，越来越多的毕业大学生选择在城市工作，致使城市人口越来越多，从而造成城市建筑越来越密集，容积率越来越高。为了满足建筑的工程质量，保证使用者的人身安全，剪力墙结构设计被运用于许多高层建筑结构设计中。在不同功能的高层建筑结构设计中，由于剪力墙结构具有较强的抗震性能和较大的抗侧刚度，安全度高，所以剪力墙结构设计对于高层民居住宅较为常用。但是目前我国剪力墙结构的发展缺乏一定的规范，从而造成建筑整体结构受力不合理和增加施工成本等问题。通过本文对建筑剪力墙整体知识点框架体系的疏离，减少剪力墙结构设计在建筑结构中的不合理运用，让剪力墙结构更好地服务于高层建筑。

　　一、剪力墙结构的概述

　　（一）剪力墙结构的概念

　　剪力墙结构设计是建筑结构中常见的结构设计之一，其属于钢筋混凝土墙板构成的承重结构，需承受来自顶部水平方向钢筋混凝土楼板的重量，相当于钢筋混凝土柱子的功能。由于其面积较大，在两层楼板相约束的情况下，对水平方向的力有较强抵抗力，如地震水平拉力、风产生的水平推力等。减少外力作用下建筑水平摇摆的程度，这种在垂直方向受力且水平方向保证建筑的稳定性的建筑结构称为剪力墙结构。

　　（二）剪力墙结构的特点

　　由于剪力墙结构是使用墙板来替代框架结构中梁柱的作用，在维持建筑稳定性的同时在纵向上承担全部的重量，这主要依赖于剪力墙结构的以下特点。

　　首先，钢筋混泥土剪力墙侧向刚度大，抗压抗侧能力强。剪力墙在建筑结构中的位置非常特殊，根据地域最大风向设计剪力墙结构在建筑结构中的位置，从而使其结构体系能很好地承受高层建筑竖向上和水平方向上的荷载，很好地控制建筑在水平外力作用下的侧移程度。

　　其次，建筑剪力墙对建筑室内空间的分割作用。由于建筑结构剪力墙的高度一般与建筑高度相等，从底部基础至顶部屋面，厚度很薄，而宽度根据建筑平面布局而定，在建筑空间结构上使用较为方便，提高建筑室内空间的利用率。

　　最后，抗震性能好，造价高。由于剪力墙结构里面含有钢筋、混凝土等材质，致使其本身结构重量加大，从而增加地震时建筑结构的性能，比起梁柱的施工，剪力墙结构从材料、模板等方便为施工增加难度和造价。

　　（三）剪力墙结构的分类

　　由于建筑的使用功能不同、立面墙体洞口设计和平面空间设计不同，依据实际情况，把剪力结构墙分为以下四类作为剪力墙结构设计的参考指标之一。

　　第一类，剪力墙为实体墙结构。这类剪力墙是建筑结构设计中最常见的结构形式之一，即墙面没有开口或开口面积不超过墙面表面积15%的钢筋混凝土墙。这类剪力墙刚度性能最好，抗侧能力强，很难产生水平方向的曲型变形，如无特殊原因，墙体使用寿命较长，常用于高层建筑外墙部分。

　　第二类，剪力墙面有开口的实体墙结构。在建筑结构设计中，这种剪力墙面上出现开口面积在墙体面积15%以内的设计简称为剪力墙整体小开口，常用于住宅设计中。这类剪力墙结构在外力作用下计算出其弯矩较为稳定，保证建筑不会出现异常变形，如移位、扭曲等。

　　第三类，多肢剪力墙结构。即剪力墙面有多处开小口且开口面积超过墙面面积15%的结构，由于墙面开口面积较大或开口较多，不影响整体剪力墙的受力分布，其性能与整体上开小口的剪力墙性能相似，不会使建筑发生异常变形。

　　第四类，壁式框架剪力墙结构。即剪力墙墙面上的开口尺寸较大，使得剪力墙各个部分的刚度大小相差不大，形状上剪力墙面造型与框架结构造型相似，这一类型的剪力墙结构将会在楼层转角处因受力不均产生结构裂缝，从而降低建筑结构整体性能，在受到水平外力时将会发现异常变形。

　　二、剪力墙结构的设计

　　（一）设计原则

　　剪力墙结构作为建筑结构中重要的受力结构，本着对建筑使用的安全系数考虑，在对剪力墙结构设计进行运用时，需遵循以下三个原则。

　　第一，楼层间最小剪力系数原则。在建筑结构设计中，运用科学的数字化手段对房屋受力进行计算和估测，增强建筑的抗震、抗侧及承载能力，控制剪力墙楼层间的剪力系数，根据建筑结构合理开口，在很大程度上将减少房屋自身重量，降低施工时的难度和成本。

　　第二，楼层间位移与楼层高度之比合理调整原则。通过查阅资料和实地调查发现，为了对建筑楼层之间的剪切或扭转变形，在竖向上常采用脚手架等构件进行控制。然而，构件本身重量将增大剪力墙的承载负荷，造成剪力墙受力不合理，从而减少剪力墙结构的抵抗性能，不利于建筑结构的安全设计。所以，对于剪力墙结构的建筑设计，应更具建筑层数、层高、楼层间的最大位移等比例调整楼层高度，尽可能减少建筑发生变形的情况。

　　第三，剪力墙跨度与高度比合理调整原则。在剪力墙结构设计中，如果剪力墙结构设计跨高比系数小于2.5，那么设计的剪力墙结构的抗弯、抗侧性能将达不到预测的目的。因此，剪力墙结构设计应该根据不同建筑性能做出合理调整，根据跨高比值不同做出合理的结构设计，确保剪力墙结构性能更好地发挥出来。

　　（二）设计要点

　　1、剪力墙结构的平面设计

　　剪力墙在建筑平面的布置设计对室内空间的划分和建筑的整体性能有着密切的关系，所以在剪力墙平面布置的时候应注意。首先，剪力墙结构应呈T型或L型沿主轴方向双向均衡布置，不宜成“一”字形单向布置，增加结构的稳定性，从而减少地震时建筑的扭转程度。其次剪力墙的数量不应过多过密，厚度要有计算进行设计，否则将造成建筑自身重量增加，不利于建筑长期发展。最后，为了使建筑剪力墙刚度分布均匀，剪力墙上的开口位置、大小要有所控制，尽量成排设置窗口或门，是剪力墙均衡受力，从而设计出的较为实用的剪力墙结构。

　　2、剪力墙的规格选择

　　为了保证剪力墙的使用寿命，在对剪力墙结构设计时，墙体的宽度和厚度应有所限制，如一般剪力墙分支长度不超过8米。由于剪力墙较薄，住宅设计中一般不超过20公分，当其高宽比系数大于2时性能较好，可以防止建筑受力发生脆性破坏。而如果剪力墙分支长超过8米时，将成为独立的剪力墙结构，或者为满足其性能，通过在剪力墙上开口，使之形成分段式受力均衡的剪力墙。

　　3、剪力墙结构的其他细节设计

　　由于剪力墙结构的运用范围较广，所以剪力墙结构设计时所需要考虑的细节也较多，常见的有以下两个。

　　第一，剪力墙结构中的连梁细部设计，即建筑结构中起到连接墙肢和墙肢的梁，简称连梁。在长期的水平荷载影响下，注重连梁的结构设计，使与轻质材料填充缝隙，可以很大程度上减少剪力墙受破坏的几率，提高其结构性能。

　　第二，剪力墙结构的组成材料设计。剪力墙结构中竖向和横向钢筋的布置、水泥和砂石的性能等级以及它们的比例等细节，都是影响剪力墙结构设计性能的重要影响因子，所以，在进行其材料选择时，应对建筑的构造受力进行计算，选择正确的材料才能达到建筑设计的要求。

　　三、剪力墙结构设计过程中的优化措施

　　剪力墙结构的设计较为复杂严谨，为了进一步完善剪力墙的结构设计，需要从以下三个方面进一步优化剪力墙结构设计。

　　首先，充分发挥剪力墙对空间有分割的作用，从结构设计上按一定规范布置剪力墙，减少室内柱、梁的布置，使室内空间最大化，以人为本进行布置，为建筑使用者提供方便。

　　其次，利用剪力墙可开口的设计原则，运用美学原理和力学计算在建筑外立面合理的设计窗口，增加建筑室内自然通风采光和建筑的审美，从景观的角度优化建筑外立面装饰，提高建筑整体风貌的美学设计。

　　最后，利用建筑剪力墙具有一定自重和抗风抗震的性能，在地震多发地区应加强技术创新，增加剪力墙体的形体表现，突出地域风俗的建筑特色，为乡镇旅游规划创造亮点。

　　结束语：

　　通过本文以上剪力墙结构设计知识点的体系的研究，以及调查剪力墙结构在建筑设计中的运用，深刻了解到剪力墙结构设计对于当下建筑行业发展中建筑设计的重要意义。为了提高高层建筑的使用性能，作为建筑设计师，应具有较高的责任心，严格遵循建筑剪力墙结构钢设计的规范要求，依据建筑平面设计合理布置剪力墙。以便从整体上提高建筑的有效使用时间，促进我国建筑业的生态可持续发展，实现我国生态文明建设。

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　　张晖

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