论建筑工程设计中的剪力墙结构设计

田 力 山西中方森特建筑工程设计研究院

1 引言

在建筑工程设计中，优化剪力墙结构设计，能够为人们提供安全的生存环境与工作环境，并同时加快现代化城市建设进程。本文简要介绍了剪力墙结构设计的分类标准、优势特征与设计要点，并提出了切实可行的改进策略，旨在提升剪力墙结构设计水平，保障建筑工程的质量安全。

2 剪力墙的结构分类

根据是否开洞和开洞规格，可以将剪力墙结构划分为如下四类：墙壁式剪力墙结构框架；整体小开口剪力墙结构框架；双肢或多肢剪力墙结构框架；大墙肢剪力墙结构框架。

（1）墙壁式的结构框架。墙壁式的结构框架需要在剪力墙上开一个较大的开口，且连梁线的刚度条件无限接近墙肢线的刚度条件，这使得受力墙在受到外界荷载作用力的情况下发生剪切性形变，这与框架结构的受力特点相似。在高层建筑或超高层建筑中，剪力墙往往会产生反弯点，进而导致楼层与楼层之间发生弯矩形变化。

（2）小开口的剪力墙结构框架。尽管整体小型开口的剪力墙框架结构的开口尺度较小，但开洞面积约占整个墙面的15%以上。通常情况下，整体小型开口的剪力墙框架结构不会产生弯曲形变。需要格外注意的是，此类剪力墙在墙肢高度上基本没有弯点，只是弯矩位置会发生变化。

（3）双肢或多肢的剪力墙结构框架。双肢或多肢的剪力墙结构框架的开洞尺度较大，且开洞呈列分布。尽管双肢或多肢的剪力墙结构框架的开口模式与小开口的剪力墙结构框架有所不同，但受力特点十分相似。

（4）大墙肢剪力墙结构框架。如果实体墙或者截面剪力墙的开洞面积小于整体面积的15%，则墙肢高度的弯矩无突变、无弯点。

总而言之，这四类剪力墙结构框架既有相似之处，也存在明显差异，设计人员需结合实际情况，选择适宜的剪力墙结构框架体系。

3 剪力墙结构设计的优势特点

3.1 经济性

与传统的框架梁柱结构形式相比，剪力墙框架结构的投资成本损耗较大，但从安全性角度来说，设置剪力墙具有特异性优势。剪力墙是混凝土与钢筋的结合产物，而且不需要填充过量的钢材料增强整体建筑结构的稳固性，省时省力，实现了工程项目经济效益最大化。

3.2 稳定性

剪力墙是由钢筋和混凝土配制而成，与传统的框架梁柱相比，具有极强的稳定性。再从外观形态方面来说，剪力墙框架结构的美观性也要优于传统框架梁柱结构体系，且支撑效果更突出。

3.3 连续性

在剪力墙设计过程中，划分区域的主要目的是分隔构件，且从水平方向和竖直方向对各个区域实行维护。一方面，注重整体建筑结构的安全稳固性，另一方面，加强建筑物的格局独立性与整体连续性。

3.4 规则性

在整个建筑工程项目中，往往会分成不同的区域。由于各区域的作用不同，设计环节应用到剪力墙结构，又因为剪力墙结构具有连续性特征，将建筑的各区域紧密联系在一起。此外，剪力墙结构的设计具有较强的规则性，在对整个建筑物进行分区后，可以实现各区域维护工作的协同运转，提升整体工作水平。

4 剪力墙结构的设计要点

为确保建筑工程结构设计中剪力墙结构设计发挥更大的应用价值，本文笔者根据以往积累的实践经验进行了如下分析。

4.1 严格控制剪力墙配置数量

客观的说，剪力墙结构配置数量并不是越多越好。在建筑工程结构设计中，设计人员要严格控制剪力墙结构配置数量。如果剪力墙结构配置数量过多，不仅会影响整体建筑结构的受力平衡性，还会造成大量的成本损耗。设置剪力墙的主要目的是改善整体建筑结构的性能，而在剪力墙结构设计过程中，需使用大量的钢筋和混凝土，这极大的提高了剪力墙的密度，也在很大程度上改善了建筑物的抗震性能。

如果剪力墙结构配置数量过多，会增加建筑物的重量，反而破坏建筑结构的安全稳固性，削弱抗震性能，加大质量安全隐患。为此，严格控制剪力墙结构配置数量具有实际意义。

4.2 明确剪力墙平面布置要点

在剪力墙结构设计过程中，设计人员要根据不同墙型的不同特点进行设计，如墙体的受力特征、墙体的内力分布状态以及墙体的破坏形态等。在此基础上，控制配筋数量，调整构造形式。

通常情况下，剪力墙所承担的竖直方向的压力主要来自于结构的自体重量和整个楼面的荷载重量。为此，设计人员要准确计算剪力墙结构的荷载力，且坚持“小震不坏，中震可修，大震不倒”的基本准则。

在剪力墙的荷载功能中，要沿着建筑物平面主轴的方向，优化剪力墙布局形式；注重剪力墙平面设计的对称性与均衡性；针对温度应力与收缩应力较大的部位，有目的性的增大剪力墙结构中的配筋系数，优化剪力墙结构设计形式，加强抗震效果。

4.3 优化转向空间结构设计

在剪力墙的承重结构设计中，需采取横纵向承重板交错排列的方式，构建完整稳定的承重体系。并优化转向结构，沿主轴方向进行双向结构设置，让承重结构的内部形成一定空间，承载两个方向的重力效应，全面优化剪力墙空间结构设计。与此同时，充分利用剪力墙的侧向刚度进行结构设计，选择适宜的结构材料，减轻墙体自体重量，拓展墙体内部空间，确保剪力墙侧向刚度符合标准要求。

4.4 完善连梁结构设计

连梁结构设计对于剪力墙结构发挥实际效能具有重要意义。设计人员需充分考虑连梁结构和剪力墙结构与墙体的平衡性，改善剪力墙刚度条件，以及剪力墙与墙肢的连接密度。在实际设计过程中，可使用设计工具与计算系统，优化建筑工程内部结构设计参数，加强参数的精确性。与此同时，将连梁的刚度折减率控制在0.5～1之间。

4.5 完善剪力墙大墙肢设计

在剪力墙结构设计过程中，为确保剪力墙结构发挥实际效能，企业应参照施工方案与施工技术标准规范，优化剪力墙墙肢施工作业，且协调处理施工环节出现的各种问题，维护剪力墙结构质量安全。另外，在制定剪力墙结构设计方案时，既要全面考虑剪力墙的延展性能，又要调整剪力墙结构的高度与宽度，并将宽高比控制在2以下。由此，最大限度地减小对剪力墙结构的破坏。使用弯曲状剪力墙，需要优化如下几个设计内容：（1）保证剪力墙高度满足标准要求。在规定位置内，采用专业的开洞技术预留孔洞，使各个孔洞分布位置能够合理划分整个剪力墙结构，尽可能的减小弯曲效应对剪力墙结构的负面影响，避免结构裂缝问题。（2）为完善剪力墙的支撑作用，应将剪力墙高度控制在合理范围内。如果剪力墙高度超过8米，需在指定位置进行开洞，并且在剪力墙施工作业完毕后，使用预先配制的混凝土封堵孔洞。

4.6 完善剪力墙边缘构件设计

在剪力墙边缘构件设计过程中，要严格控制边缘构件的设计形态。在剪力墙结构建设过程中，根据施工现场环境，选择适宜的施工技术，不断完善边缘构件设计。在完善边缘构件设计的过程中，按照构件的作用进行划分，让构件在剪力墙结构中发挥出实际效能。由此可见，严格参照施工要求，根据箍筋特征与配筋特征展开设计至关重要。根据箍筋特征、配筋特征与墙肢长度实行设计，可以有效控制剪力墙结构的形态与规格，避免剪力墙设计不合理的问题。此外，在纵向钢筋配置中，若约束构件对基础结构产生一定的约束作用，可以适当降低剪力墙刚度，进而充分发挥剪力墙结构内边缘构件自有的约束作用。

从上可以看出，剪力墙结构设计要点主要包括控制剪力墙配置数量；明确剪力墙平面布置要点；优化转向空间结构设计；完善连梁结构设计；改进剪力墙大墙肢设计；优化剪力墙边缘构件设计。

5 结语

综上所述，在整个建筑工程结构体系中，剪力墙的受力情况较为复杂。设计人员需根据建筑结构的基本情况，严格遵照标准规范，选择合理的设计方法，构建完整的结构计算分析模型。同时，充分考虑多方面影响因素，加强剪力墙结构设计的合理性，以此提升整体建筑工程结构设计水平。