建筑结构设计中的剪力墙结构设计

建筑结构设计中的剪力墙结构设计

马跃腾

广东启源建筑工程设计院有限公司

摘要：采用剪力墙可以提高建筑工程的施工质量和效率，但由于其结构复杂，给施工单位增加了难度，因此，设计者必须对各种影响因素进行分析和优化，以防止因设计上的不足而导致结构安全隐患。文章阐述了剪力墙结构的特点，并且对建筑结构设计中剪力墙的设计要求进行了分析，最后分析了建筑结构设计中的剪力墙结构设计的具体应用，希望为相关人员提供参考。

关键词：建筑结构；剪力墙结构；设计

引言：在建筑结构设计中，剪力墙结构体系是建筑结构的一个重要组成部分，它在建筑物中起着举足轻重的作用，与建筑的安全、稳定有着密切的关系，因此，建筑结构设计人员要充分考虑剪力墙的设计原理，以保证建筑物的整体性能。在某些建筑工程中，为提高结构的抗震性能，往往采取设置剪力墙来提高结构的稳定性[[1]]。因此，在保证工程效益的前提下，建筑结构设计人员可依据剪力墙的设计原则及工程实践，对其进行合理的设计与布局。

1、剪力墙结构的特点

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替梁柱承受竖向压力和水平压力的结构。剪力墙结构可承担各类荷载引起的内力， 并能有效控制结构的水平力，结构承载能力较好。目前，剪力墙结构具有如下特征：第一，具有较好的稳定性，以进一步加强建筑物的刚度。由于城市化和城市人口的快速增加，为有效节约用地，为人们提供更多的居住和生产空间，建筑物开始在垂直空间上延伸，这就给建筑结构的承载能力和抗侧力能力提出了更高的要求，而上述要求与剪力墙特性十分吻合。第二，它的空间布置灵活性较高。相比于框架结构中的框架柱，剪力墙多呈“L”形、“T”形、“一”字形等布置，可以与建筑物外墙及房间隔墙合为一体，增加建筑空间使用上的便利性及美观度。第三，提高建筑物的抗震性能。对比框架结构，剪力墙结构在地震中延性更好，吸收地震力的能力更强，对提高建筑物在地震工况下的安全性有很大帮助。地震虽是无法预料的，但鉴于强震的毁灭性后果，秉着对人民群众生命财产负责的态度，应在考虑国情的前提下，进一步提高剪力墙结构在民用建筑中的比重，尤其是处于地震带上的重点设防地，从不少地震灾区建筑物损毁情况的评估报告中来看，相较于框架结构，剪力墙结构在抗震性能上更为出色，理论上也拥有更好的安全冗余。

2、建筑结构设计中剪力墙的设计要求

2.1避免结构布置过于复杂

在设计剪力墙时，设计者应沿建筑轴线方向进行双向布置，以保证结构在两个方向上的平衡，并防止其在侧向刚度等方面出现明显的偏移。特别是在抗震设计上，应尽量避免采用单向结构的剪力墙。结构设计的目标也是要用最精细的技巧和最合适的技巧来表现出建筑的设计意图。在剪力墙的构造上，应尽量避开弯道，采用拉通的方法，以避免暗桩和边缘构件的布置，从而进一步降低了钢筋等工程的造价。在形式上，为了防止结构过于复杂，对应力稳定和施工效率造成不利影响[[2]]。

2.2减少短肢剪力墙及“一”字剪力墙的应用频次

为避免大面积使用一字型剪力墙，应采取加长翼缘的方法来提高结构的稳定性。翼缘的构造显示在图1中。在此基础上，应尽量减少短肢剪力墙的大量应用，如有必要，可将其改造成圆筒或引入部分常规剪力墙，以保证其抗震性能和稳定性不受短肢剪力墙的影响。

图1  剪力墙翼缘有效宽度示意图

2.3提升剪力墙布置的对称性和连续性

为了使剪力墙具有足够的伸长能力，设计者必须对其进行合理的布置，使其尽量向高墙方向发展，以增加其稳定性。尽管提高墙体的伸长可以使墙体得到更好的伸长，但当剪力墙墙肢长度过长时，应采用连梁对其进行均匀分割，使原有的结构参数不满足要求的剪力墙变为可靠的连接墙。为加强剪力墙的横向和纵向承载力，应尽量采用对称连续布置的方法来加强其抗扭转作用，以防止结构的不均匀分布造成刚度、质量不均衡，从而影响建筑物的稳定。在结构设计过程中，可以根据高程来优化剪力墙的结构，并可采用提升混凝土强度、增大墙体厚度等方法来调节其抗侧承载力，从而改善其延性。

2.4合理布置剪力墙洞口位置

剪力墙结构的整体受力状况与墙体孔洞的布局有很大关系，有关规范规定，当门窗洞口设置在剪力墙上时，要尽量做到纵横交错，上下对齐，以保证剪力墙上有明显的连梁和墙肢，以防止由于孔洞布置不合理而造成墙肢宽度差别。对于高楼大厦的抗震性能有特别的要求，应尽量避免在下部剪力墙中采用“错洞墙”这样的开孔形式，以保证其抗震性能（如图2）。同时，在垂直方向上设置剪力墙的开孔，施工单位也要注意避免采用有局部重叠孔的叠合式错洞墙。叠合型错洞墙和错洞墙的结构受力计算比较复杂，因此在设计时尽量避免使用这两种类型的剪力墙[[3]]。

图2 错洞剪力墙示意图

3、建筑结构设计中的剪力墙结构设计的具体应用

3.1剪力墙结构墙肢长度的确定

在剪力墙结构中，墙肢长度与其稳定关系密切。因此，在进行剪力墙结构的设计时，应依据实际情况，科学、合理地设计剪力墙的墙肢长度，以达到最优的效果。同时，还应对其特殊部位进行特殊的设计，采用连续墙肢保证其宽高比，使其在实际应用中发挥更大的作用。另外，由于剪力墙结构的横向刚度和方向布置存在着一定的交互作用，当其高度稳定性较低时，其刚度将会显著地降低，从而使整体的抗震性能不均衡。为了解决这个问题，设计人员在进行剪力墙布置时，要尽量均匀、分散布置，同时还要通过适当地改变混凝土强度，或按实际情况科学地调整墙肢的数目，来达到最优化的目的。

3.2剪力墙连梁设计

在水平荷载作用下，剪力墙墙肢会产生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连梁产生内力，而连梁自身变形，客观上又起到了吸收能量的作用，有效地改善了与其相连的墙肢受力状态。因此，设计连梁时，应重点围绕着“强剪弱弯”这一概念展开，即保证连梁的抗剪承载力大于抗弯承载力，避免其出现剪切破坏。连梁是剪力墙结构体系中对抗震性能影响较大的构件，好的连梁设计应使其具备足够的延性和承载能力，以增加剪力墙结构的安全储备。

3.3边缘构件设计

边缘构件设计是剪力墙结构设计的重要内容之一。可以有效地改善剪力墙的延展性能，降低剪力墙结构出现位移超限的可能性，从而使剪力墙结构的抗剪性能得到进一步的改善。在边缘构件优化设计中，工作人员应科学合理地设计剪力墙结构的底部加固区域，并结合实际情况，选用适当的边框构件，进行合理的钢筋配比，以有效地改善剪力墙结构的稳定，使其抗震性能得到进一步优化。

3.4 提高设计方案的合理性

由于剪力墙结构可以有效地改善结构的稳定性，所以施工人员应根据建筑物的特性及设计要求，进行科学、合理的施工。要善于运用现代科技，选用合适、优质的原料，确保建筑的设计构想完美落地，使剪力墙结构的特性得到完全发挥。最后，在满足相关规范的基础上，设计人员也充分考虑到工程的结构特性、施工工艺等诸多因素的影响，从而进一步提升工程的可实施性。

结束语

近年来，越来越多的建筑采用了剪力墙结构，使建筑的安全、稳定得到了极大的改善。然而，在实际的剪力墙结构设计中，由于诸多因素的制约，使得其在某种程度上受到了影响。剪力墙结构作为高层建筑的主要抗侧力结构，其抗震性能一直是世界各国研究的热点。在此背景下，施工人员要不断地积累和总结工作经验，以便为不断优化剪力墙结构的设计提供良好条件。

参考文献：

[1]王展.剪力墙结构设计在建筑结构中的应用探析[J].甘肃科技,2021,37(24):118-120+144.

[2]孙惠民,黄华波.剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用[J].住宅与房地产,2021(07):103-104.

[3]杨鹏.剪力墙结构在高层住宅结构设计中的应用研究[J].建筑技术开发,2020,47(22):11-12.

[4]岳啸.装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计研究[J].建筑技术开发,2020,47(17):16-18.

[5]周文华.剪力墙结构设计原则及其在建筑结构设计中的应用研究[J].江西建材,2017(07):26-27.