张 俊 杰

(太原理工大学建筑设计研究院,山西 太原 030024)

剪力墙结构设计在建筑设计中的应用

张 俊 杰

(太原理工大学建筑设计研究院,山西 太原 030024)

剪力墙结构具有较好的抗震能力，并且其抗侧刚度也较大，就剪力墙结构在近些年来建筑结构设计中的应用做了一些简单的分析，为剪力墙结构的正确使用提供参考。

建筑,剪力墙,结构设计

剪力墙结构在建筑行业中具有结构刚度大、整体抗震性较强的特点，因此被广泛应用于建筑设计行业中去。剪力墙的应用得到了广大开发商和业主的一致好评，未来也必定会占据建筑设计行业中的一席之地，因此设计单位工作人员应该彻底剖析剪力墙的优、缺点，从根本上提高剪力墙结构的使用效率，更好的辅助我国建筑事业发展。

1 建筑工程剪力墙结构设计的原则

剪力墙的使用一般要遵循以下5个原则:

第一，剪力墙一般应该要赶着建筑物的核心轴线进行两侧方向的布置，要尽可能的避免只有某一个方向有墙的布局结构，并且在双侧设计时，也要尽量使两个方向的抗侧的刚度差异缩小，即双侧方向自身的振动周期应该是相近的。剪力墙应该尽量的做到拉通对直，只有这样才能够从根本上将剪力墙的抗震能力凸现出来。在门窗等洞口的位置也要注意上下各个层面都应该对齐，将墙肢和连梁凸现出来，使整个建筑结构的受力明确，这样也便于检测人员的计算。另外，在抗震结构的设计过程中，也应该尽量避免出现剪力墙的错洞问题，甚至是叠合起来的错洞墙。由于叠合的错洞墙存在洞口错开的距离十分小、甚至会出现动口叠合的问题，这样设计出来的剪力墙不仅仅会存在墙肢不规则的问题，而且还会出现洞口之间的位置变得越来越薄弱，对于剪力墙的抗震作用来说是十分不利的。当必须要出现较长的剪力墙时，设计人员应该开设洞口，通过多个洞口把长的剪力墙分为均匀的若干段，在每两个墙段之间应该采用连梁进行连接。在当剪力墙的长度较短时，收到弯曲的作用力产生的裂缝之间的宽度也会变小，这时墙内搭配的一些墙体的配筋就能够充分发挥作用，将剪力墙的作用力完全发挥出来，因此，墙体的截面高度也应该有上限，一般来说，不应该超过8 m。

第二，剪力墙的设计应该要在竖直方向上贯通整个建筑物，当剪力墙沿着垂直方向有所改变时，允许沿着剪力墙改变的竖直方向改变墙体的厚度和混凝土的等级，也可以采取减少部分的墙肢，使抗侧的刚度慢慢变小，同时也能够降低发生各层刚度突变、产生应力集中的概率。

第三，在设计剪力墙时，应该尽量避免直接把楼面的主梁墙直接作为支撑与剪力墙连接在一起，一方面，楼面主梁墙的顶端约束并不能达到使用要求，连梁之间没有抗扭的刚度以用来抵消平面外的弯矩，因此并不能实现稳定；另一方面，这样对于连梁的作用效果也有抵消作用，连梁本身的剪切变化范围较大且很容易就出现裂缝，一旦出现问题，不仅仅连梁的作用失效，主梁墙的稳定性也会有很大程度的影响。

第四，一些高层建筑物虽然很容易出现长短的剪力墙，但不应该将每一个长短剪力墙都采取分割为短肢剪力墙的设计形式，即使是设计了大量的短肢墙，也应该在墙段边缘尽可能的设置翼缘。当一座建筑物出现较多短肢剪力墙时，应该布置成为筒体，或是一般结构的传统剪力墙，以此形成剪力墙、翼缘、主梁共同支撑水平方向作用力的剪力墙结构。

第五，要在数量上对剪力墙有所控制。从抗震性的方向出发，虽然增加剪力墙的数量能够提高结构抗侧力的抗震能力，但同时，整个建筑结构承受的地震力也同时加大了，并且建设的材料用量也增多了，因此，设计过程中在能够满足侧向变形的限制条件下，设计师应该尽量控制好剪力墙的数量并计算剪力墙的自重。

2 建筑工程多样剪力墙结构设计的应用

2.1定位剪力墙

由于建筑物的实际作用和建筑环境、使用的建筑材料有所不同，如果在建筑物的平面布置控制工作没有达到理想效果，就会导致建筑物的对称结构达不到标准状态、平面材料或受力不够均匀，进而影响了剪力墙的结构刚度与作用力的重合之间有较大的偏差，情况严重时甚至会出现弯矩现象，造成整体的墙面扭曲的情况。因此，相关工作人员可以利用剪力墙进行定位，需要提前按照以及估算好的数值进行划线，划线位置即是剪力墙的建筑位置，必须要保证该位置的平面足够均匀，对称性也达标在标准范围内，除此之外，也要保证墙体的内面、外面都是直通的，墙体以一种简洁、有规则的垂直状态完工。

2.2墙面合理规划

不论是什么类型的建筑墙体，在设计的过程中都必须要保持均匀并且对称的状态，整个墙面的结构重量和刚强度应该维持重合的状态，墙体要直通朝外，当然，也不能忽略墙体自身的主轴方向，设计者应该考虑到墙面主轴的双向甚至是多向性。从剪力墙的抗震功能角度出发，当剪力墙的抗震动力程度增大时，整个墙体的刚韧性应该在某种程度上有所降低，两者之间的关系应该控制在合理的区间范围内，避免出现互相影响、互相制约的现象。计算剪力墙的侧向刚度可以用公式F=0.05N～0.06N来计算推导，其中，N为剪力墙结构的总层数。当然，在施工的过程中，设计人员也必须要考虑到整个剪力墙的施工工期以及建筑过程中的材料耗费、人员成本等问题，在一级施工阶段往往也会或多或少的存在一些安全隐患问题，设计人员必须要合理规划好墙面问题，从科学、规范的角度出发进行设计，避免这一方面出现各种各样的安全问题。

2.3控制好墙体配筋的数量

由于剪力墙结构需要使用大量的钢材，而且在我国这种耗钢量大的建筑结构在多种类型的工程建设结构中都有广泛的应用，因此，合理的控制配筋量可以在经费、材料成本方面起到很好的节约作用。具体来说，常见的控制墙体配筋的方法就是在整个项目已经满足规范化配筋的最小值的状态下，将水平方向的钢筋外翻，竖直方向的钢筋像内侧布置。迎水面的保护层在采用双向钢筋的网片时，可以大幅度的减小配筋量的数量，使整个剪力墙的厚度降低为3 cm左右。

2.4短肢剪力墙的合理应用

在我国颁布的《高层民用建筑设计防火规范》中对于短肢剪力墙的使用有十分明确的规定，凡是短肢剪力墙，其界面厚度不能超过3 cm，剪力墙各肢的剪力墙高度和厚度之比应该控制在4～8之间。由于现代社会高层建筑物的增多，短肢剪力墙的应用越来越广泛，相比长肢剪力墙来说，短肢剪力墙的厚度更小，这种改进对于建筑物尤其是住宅用建筑物来说，更有利于释放空间，使空间的排布变得开阔，住宅内部的布局或是入住后的二次设计过程中也不会收到很大的限制，性价比更高，更受广大住户的喜爱。虽然短肢的剪力墙与长肢剪力墙在灵活程度和自由性方面都更具有优势，但是短肢剪力墙仍然存在许多需要改正和提高的问题，例如，过多的短肢剪力墙会使整个建筑物的结构受力程度降低、相应的承载力也会降低。虽然相关研究单位曾经做过短肢剪力墙对于结构受力程度的测试，但其结果显示短肢剪力墙对整个结构的受力程度影响并不大，然而在现代建筑设计过程中，高层建筑的设计仍然不应该全面使用短肢剪力墙。如同在上文中提到的，当建筑物的短肢剪力墙数量较多时，应该尽量调整成筒体或是传统的剪力墙，通过这样的结构设计使得短肢剪力墙与建筑中的筒体结构或传统剪力墙结构形成整体，共同抵抗水平方向的作用力，形成更加稳固的剪力墙结构。

2.5约束边缘的零构件

在建筑结构的设计过程中，设计人员不仅仅要处理好整体上的结构，也要重视剪力墙的边缘结构，尤其是起到剪力墙约束作用的边缘构件，良好的边缘构件设计能够让剪力墙在同等条件下发挥更大的作用，实现更加卓越的价值。例如，在约束边缘构件和没有约束边缘构件两种条件下的同等条件的剪力墙，在承载力、刚度等各方面上各有优缺点，但是从整体上来看，没有约束的边缘构件在建筑物的承载力上表现出了更加明显的优势，但是有约束的边缘构件则在建筑物的整体抗震性、稳定性方面有更好的表现，所以相关设计人员在设计剪力墙的约束边缘构建时应该结合建筑物的作用和特点，结合实际状况进行选择。本文为设计人员提供了剪力墙结构的边缘构件最大压轴比，二级强度为0.3，Ⅶ度一级为0.2，Ⅸ度一级为0.1，当然，在实际应用的过程中也需要考虑到使用材料的延展度和承重力。

3 结语

随着当前社会经济的发展，高层建筑业的前进脚步越来越快，剪力墙的应用也相应的更加普遍和广泛，要想提高剪力墙结构的作用效果、充分发挥剪力墙结构的优势，完善剪力墙结构在整个建筑结构中的应用是十分关键的要素。

设计人员在进行有关剪力墙结构的设计时，应该要发动头脑风暴，创新设计形式，充分借鉴其他成功项目的设计经验，携手推动我国建筑行业剪力墙设计水平的提高。

[1] 黄志强.论剪力墙结构设计在建筑机构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计,2016(3):170-171.

[2] 吕瑞孝.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].建筑与科技信息,2016(17):8-9.

[3] 胡进焱.浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].科技创新与应用,2016(15):197-198.

Theapplicationofshearwallstructuredesigninarchitecturaldesign

ZhangJunjie

(TaiyuanUniversityofScienceandTechnologyInstituteofArchitecturalDesign,Taiyuan030024,China)

Shear wall structure has good seismic capability and its lateral stiffness is bigger also, in this paper, the shear wall structure in the application of structure design in recent years made some simple analysis, provide a reference for the proper use of shear wall structure.

architectural, shear wall, structure design

TU318

A

1009-6825(2017)26-0059-03

2017-07-04

张俊杰(1980- )，男，工程师