建筑结构设计中剪力墙的应用

随着我国经济的飞速发展，建筑行业也随之发展起来，为了保障建筑行业的顺利发展，必须不断优化建筑结构形式。剪力墙结构所具备的高硬度结构不仅增加了建筑物的抗震性，也提高了建筑的整体性能，因此其被广泛应用于建筑结构设计中。本文首先对剪力墙结构进行了简单的概述，分析了剪力墙结构设计在建筑结构设计中的具体应用，希望本文能够对同行或类似工程提供参考和帮助。

随着国民经济的发展，业主对于建筑结构的安全性和美观性的要求越来越高。为了提高建筑结构的质量和稳定性，并可以改善抗震性能，使墙体无论是受竖向荷载或者水平作用都能起到较好的抗变形能力，在建筑结构的设计中剪力墙结构设计越来越多的被应用，是目前建筑结构设计中墙体结构设计的主要方法。但是这种结构并不是十全十美的，它也会有一些缺点，因此建筑设计工作者们在进行设计工作时，必须充分了解剪力墙结构的优缺点，通过科学有效的方法来将剪力墙结构运用到建筑行业中，从而确保建筑行业的顺利发展。

1剪力墙结构的分类

1.1剪力墙结构

剪力墙结构是指纵横向的主要承重结构全部为结构墙的结构。当墙体处于建筑物中合适的位置时，它们能形成一种有效抵抗水平作用的结构体系，同时又能起到对空间的分割作用。剪力墙在其墙身平面内的抗侧移刚度很大，而其墙身平面外的刚度却很小，一般可忽略不计。

1.2框架-剪力墙结构

框架剪力墙结构又名框剪结构，这是一种在框架结构中增加放置一定数目的剪力墙的结构，从而形成了自由活动的使用空间，满足不同的建筑功能的要求，而且还拥有足够的剪力墙，有十分强大的侧向刚度。

1.3筒体结构

由密柱高梁空间或者空间剪力墙这两者之一所组成的抗侧力构件，并且能在在水平荷载作用下起整体空间作用的称为筒体———由密柱框架组成的筒体称为框筒；由剪力墙组成的筒体称为薄壁筒。

2剪力墙结构的优缺点

剪力墙结构有很好的承载能力，而且有很好的整体性和空间作用，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此可建造较高的建筑物；剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比较好，可节约层高。同时，剪力墙的间距有一定限制，故不可能开间较大，对需要大空间的建筑物不太适用，一般适用于住宅、公寓和旅馆。另外，纯剪力墙结构造价高，施工困难，耗钢量大，所以往往受到经济方面的制约。

3剪力墙结构设计在建筑中的应用

3.1剪力墙的布置原则

剪力墙结构应该具有合适的侧向刚度，这种结构的平面布置宜规则、简单，宜沿两个主轴方向或者是其他的方向进行双向布置，而且这两个方向的侧向刚度不应该相差过大；为了避免刚度突变，宜自下到上连续布置；门窗洞口宜成列布置、上下对齐，构成了明确的墙肢和连梁；注意要避免造成墙肢宽度相差太多的洞口。剪力墙结构中墙与楼板组成受力体系，承担了竖向荷载（重力）、抵抗水平荷载（风、地震等），作为重要的受力构件，不能强制拆除或破坏，这样的话不利于形成较大的空间，从而造成住户无法对室内布局进行自行改造，而短肢剪力墙结构在剪力墙方面采用的是宽度（肢厚比）较小的那种，这样使得住户可以在一定范围内对室内布局进行改造，增加了自由灵活性。但是，受力性能、经济造价方面也存在一定缺陷，我们对此进行以下分析。

3.2短肢剪力墙的设计要求

短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。可是因为短肢剪力墙抗震的性能较一般，地震区应用经验不多，为安全起见，规划与设计在高层住宅结构中短肢剪力墙布置不应该过多的使用，不应该全部使用短肢剪力墙的结构。短肢剪力墙承担的倾覆力矩不小于结构底部总倾覆力矩的30％时，称为具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。抗震设计时，短肢剪力墙的设计应符合下列规定：

（1）短肢剪力墙的截面厚度在底部的相应加强部位不应小于200mm，其他部分尚不应小于180mm。

（2）一、二、三级的短肢剪力墙的轴压比，分别不应该大于0.45、0.50、0.55。

（3）一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值应相应减少0.1。

（4）短肢剪力墙的剪力设计值在一、二、三级时应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1。短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率，在底部的加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。

（5）一字形短肢剪力墙不适用，不宜在一字形短肢剪力墙上布置平面外与之相交的单侧楼面梁。通过以上分析可以看出，短肢剪力墙对厚度、轴压比、配筋率均有较高的要求，因此我们在建筑结构设计中因尽量避免短肢剪力墙的运用。避免短肢剪力墙结构体系的做法为：保证一般剪力墙的面积数超过剪力墙面积的50%。

4剪力墙结构的经济性控制

如何控制建筑造价是业内人士关注的重中之重，对于结构设计人员来说需要利用清晰的结构概念进行设计，使结构在满足造价经济的同时具有足够的安全储备。控制剪力墙结构的结构含钢量可以通过以下几个方向来解决：剪力墙的整体刚度控制、合理墙间距、轴压比、整体布墙率等。

4.1整体布墙率

剪力墙的剪力墙自重占结构自重一半以上属于小开间剪力墙体系，当剪力墙较多、结构自重较大，造成的结果是：增加基础用量，基础、墙体用钢量较大，且造成结构侧向刚度过大，对于抗震不利。通常剪力墙间距为4~5m之间为最经济的间距，墙肢之间用连梁或框架梁连接。

4.2从用钢量方面考虑

剪力墙以及边缘构件的配筋原则为：（1）剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，一、二、三级时均不应小于0.25％，四级和非抗震设计时均不应小于0.20％。（2）剪力墙的竖向和水平分布钢筋的间距均不宜大于300mm，直径不应小于8mm。剪力墙的竖向和水平分布钢筋的直径不宜大于墙厚的1/10。（3）房屋顶层剪力墙、长矩形平面房屋的楼梯间和电梯间剪力墙、端开间纵向剪力墙以及端山墙的水平和竖向分布钢筋的配筋率都必须大于0.25％，间距都必须小于200mm。（4）剪力墙约束边缘构件的竖向钢筋除应满足正截面受压（受拉）承载力计算要求外，其配筋率一、二、三级时分别不应小于1.2％、1.0％和1.0％，并分别不应少于8准16、6准16和6准14的钢筋（准表示钢筋直径）。

4.3从概念设计方面考虑

剪力墙应该尽量布置在结构周边的外围护墙处，在中部应该减少剪力墙的布置，对其实施弱化处理，达到强周边弱中部的效果；剪力墙的布置宜分散、均匀，在设计布置结构墙肢时应当避免出现过长墙（＞8m），这样变化使得结构各墙肢均匀受力，协同工作。而在避免出现这个方面，如果单片剪力墙过长这样便会剪力墙在承受水平地震作用时长片剪力墙的破坏形式上呈现纯剪切破坏，这种破坏形式属于抗震延性极差的脆性破坏形式。所以在设计时应控制剪力墙的墙长不超过6m，超过6m的剪力墙则会采用设置洞口的方法来分割墙体使其分成成不大于6m的墙肢。

4.4剪力墙设计的注意要点

通常为了防止混凝土表面出现收缩裂缝，与此同时使剪力墙拥有一定的出平面抗弯能力，高层建筑的剪力墙不能够使用单排配筋。高层建筑的剪力墙厚度相对比较大，当剪力墙厚度超过400mm时，如果只是使用双排配筋，形成中部大面积的素混凝土，这样便会使得剪力墙截面应力不均匀分布，因此可采用三排或四排配筋方案，截面设计所需要的配筋可分布在各排中，靠墙面的配筋可略大。在各排配筋之间需要用拉筋互相联系。当双肢中一个剪力墙墙肢出现了小偏心受拉，该墙肢也许会出现水平通缝，这样就会严重削弱剪力墙的抗剪能力，抗侧刚度也会退化得十分严重，由荷载产生的剪力将会转运到另一个墙肢而这样的话就超出了另一墙肢抗剪承载力。因此，要留心避免墙肢出现小偏心受拉情况。当墙肢出现大偏心受拉时，墙肢非常容易出现裂缝，从而造成其刚度的退化，剪力会在墙肢中重分配，此时，可将另一受压墙肢按照弹性计算的剪力设计值乘以1.25增大系数后计算水平钢筋，以提高其受剪承载力。在地震作用的反复荷载下，两个墙肢都要增大设计剪力。

5结束语

简而言之，在建筑结构设计中剪力墙结构的设计是非常重要的，设计的好坏和建筑的安全性、适用性、经济性以及合理性有直接的联系。所以，在对剪力墙进行设计和布局时，必须要采用科学的技术手段进行计量分析，在设计时应该严格遵守剪力墙设计的各项标准要求，使剪力墙结构更加的科学、经济、有效。