剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析

高新年

（山西省高质量转型发展研究院，山西太原 030002）

0 引言

随着现代社会的发展和进步，建筑技术水平也在不断提高，建筑的形式和风格更加多样化，建筑物的受力、承重等情况会随着建筑结构的变化而发生改变，使建筑物中的构件发生损坏的概率大大提高，进而对整个建筑的安全产生影响。剪力墙结构的应用有效改善了高层结构建筑物中的受力不均问题，并提高了建筑的抗震、抗风能力，为建造多元化、多样性建筑提供了支持，因此，在行业内受到了广泛好评。

1 剪力墙结构概述

1.1 剪力墙结构的概念和优点

剪力墙结构是指用钢筋混凝土剪力墙代替框架柱，使墙体具有承受竖向和水平荷载的能力，从而增强建筑物的抗风和抗震能力。剪力墙结构在平面内强度高、刚度大，表现出的优秀的稳定性，使建筑整体的稳定性大大提升，因而被广泛地应用在高层建筑中。剪力墙结构因经济性强，应用效果好，符合大众审美需求，在高层建筑结构中发挥的作用越来越大。

1.2 剪力墙结构的缺点

剪力墙在建筑物或构筑物中扮演着重要的承载角色，并且能有效的分割和维护空间，因此，剪力墙结构的设计应同时满足结构和平面双重布置的要求。相比常规的框架结构，剪力墙结构的抗侧力性能更加突出，但其结构中也存在一定缺点。剪力墙的间距限制性较强，无法在空间较大的建筑设计中充分发挥作用。剪力墙结构本身质量高、灵活性差，多应用在公寓、住宅等小空间建筑物中，并且在建筑中承担着主要支撑受力的作用，不能对其进行随意改动和拆除，限制居民的个性化空间需求。

1.3 结构分类

1.3.1 壁式框架剪力墙

壁式框架剪力墙的墙肢刚度和连梁刚度接近于墙体结构刚度，并且拥有较大的洞口尺寸，此种剪力墙弯矩会在楼层处存在突变，并且大多数楼层中有反弯点出现，变形曲线主要表现为剪切类型曲线[1]。

1.3.2 整截面剪力墙

顾名思义，会最大限度的保留剪力墙的完整度，不开洞口或洞口面积很小。该种剪力墙在受力时，截面上会以直线形态分布正应力，极少情况下会有反弯点出现在墙肢的弯矩中，变形曲线主要表现为弯曲型[2]。

1.3.3 整体小开口剪力墙

该种剪力墙会沿竖向设置洞口，洞口面积虽大于正截面剪力墙洞口面积，但仍是小面积开洞墙体的一种，整体悬臂对受力性能的影响较大。墙肢本身弯矩较小，有突变可能，但没有反弯点，正应力也是以直线形态分布在截面上，变形曲线表现为弯曲型[3]。

1.3.4 连肢剪力墙

这种剪力墙在竖直方向上设有洞口，开洞面积大，并且墙肢的刚度大于连梁的刚度。如果墙体上有多列洞口，则为多肢剪力墙。如果洞口数量少且面积大，则为双肢剪力墙。连肢剪力墙中的连梁会在一定程度上约束墙肢，墙肢的弯矩会发生突变，并有一个反弯点，墙肢局部会产生较大的弯矩，截面中的正应力分布形式非直线形态，变形曲线主要为弯曲类型。

2 剪力墙设计的应用

2.1 设计原则

为确保剪力墙结构设计的科学性和可行性，在建筑结构设计中应用剪力墙结构时，应满足以下三点原则：

（1）明确剪力墙结构的重要性。剪力墙在建筑结构中起到围护、分割结构的作用，竖向上承受荷载作用，水平上对抗侧移，对整个建筑来说，是主要的承重构件，剪力墙结构的质量会直接影响建筑的整体质量。在实际建造过程中，设计人员可按需求适当增加剪力墙的高度或厚度，或提高混凝土强度加强其抗侧能力。为保障剪力墙能充分发挥其功能作用，应保证剪力墙的设计自上而下连续、延伸、不中断，让上下层剪力墙构成一个整体，既能加强剪力墙的承重能力，又能有效规避其因刚度变化出现侧移，使墙体的稳定性和抗震性得到保障。

（2）应充分考虑设计的科学性和合理性。由于剪力墙多被用作高层建筑的承重结构，所以在设计时应充分考虑其承重受力情况。应预先对墙体受力进行分析和试验，全面了解剪力墙在投入使用后，可能受到的竖向压力、剪力和弯曲力等，结合相关设计要求，优化剪力墙结构质量，保障高层建筑质量。

（3）保证剪力墙结构拥有良好的墙体延性。在实际建造中，若剪力墙的高度和厚度不达标，会使墙体在连梁应力的作用下产生变形，可能出现拉伸或弯曲现象，甚至会影响整个剪力墙结构的功能，所以，剪力墙机构的设计必须充分考虑墙体延性，严格把控墙体的高度和厚度，尽量规避弯曲或变形等现象[4]。

2.2 设计应用

2.2.1 明确剪力墙位置

由于剪力墙结构在建筑物中起着关键性作用，因此在设计剪力墙时，应首先明确剪力墙在建筑整体中的位置，最终方案应满足整体的建筑要求，充分考虑各种自然灾害可能给建筑结构带来的影响，使剪力墙既能发挥承重作用，又能给住户一定的调整空间。

2.2.2 科学处理大墙肢

上文中提出剪力墙结构的设计应保持良好的墙体延性，但墙肢不应超过8m，规避因墙肢脆性影响变形。在实际工程中采用过长的墙肢，可能使墙体出现弯曲现象，影响建筑的稳定性，设计人员可对大墙肢进行科学地处理和调整，将其分割成均匀的小墙肢，通过墙肢拼接提升整体承载力，或通过精确的计算，在建立墙体上开凿延展性孔洞，完成整体施工后再对孔洞进行填补[5]。

2.2.3 合理配置墙体钢筋

作为重要的承重结构，必须保证剪力墙墙体的强度，设计人员应充分考虑墙体内钢筋的配置方式，提升剪力墙结构的稳定性和安全性，尽量减少外力对墙体完整性的破坏，保证墙体具有高强度抗震性能。墙体内钢筋的配置率会影响成本，为了在保证性能的前提下实现经济效益最大化，设计人员可以在墙体内部设置纵向钢筋，墙体外部设置横向钢筋，使剪力墙的强度符合建筑要求，又能减少配筋数量，节省施工成本[6]。

2.2.4 连梁结构设计

连梁是衔接剪力墙墙体和房梁的重要构件，在设计连梁时，应充分考虑连梁结构的稳定性、密封性、跨高、截面尺寸、刚度等数据，精确计算各处受力数据，对连梁的整体结构进行反复核验，最大限度降低因连梁设计不合理对剪力墙结构质量的影响。若需折减刚度，折减值应在0.5～1.0 之间，通过合理地控制折减范围提升连梁的承载力。

确定折减值的刚度后，请检查建筑物斜截面的受剪承载力和正截面受弯承载力，如果检查结果不符合标准，可以调整连梁的高度和整体高度，以确保承载力符合标准和整体结构的稳定性和安全性[7]。

3 设计剪力墙结构时应注意的要点

剪力墙结构设计的科学性和合理性对保证建筑的稳定性来说具有非常重要的意义，以下简单整理了三点在设计中应注意的要点，其他优化策略还需设计人员根据实际情况灵活调整。

（1）由于建筑的结构和风格越来越多变，建筑中的剪力墙结构也会有形式、建设上的差别，剪力墙结构承受的水平和竖向的荷载压力、荷载分布、整体刚度也会千差万别。为了使剪力墙能均匀分散所受荷载，应按相关建筑规定科学设置剪力墙厚度，墙肢截面高度值为厚度值的8 倍以上。

（2）剪力墙结构的外形也会在一定程度上影响的稳定性，目前常见的剪力墙结构外形多为T 型或L 型，这两种结构能有效降低自身重量，减少自身体积，提升侧向刚度，并且能大幅节约成本。

（3）剪力墙结构的稳定性和各种构件的质量息息相关，除对连梁、内筋、墙肢的质量进行控制外，还应控制暗柱、翼墙和端柱等边缘构件的品质，根据实际建筑要求，合理增加边缘构件的截面尺寸，保障剪力墙结构的整体刚度，规避层间位移现象。

4 结语

综上所述，由于人们对建筑形式、风格和结构的要求不断提高，使从业人员的建筑水平不断接受考验，剪力墙结构在高层或多层建筑结构中扮演着重要的承重、抗震、抗风角色，设计人员应充分地了解剪力墙的受力特点和受损机理等数据，合理地设计剪力墙布置形式，保证剪力墙结构的功能能在建筑结构中得到充分地发挥。同时，设计人员应不断为自身充电，更新自身知识储备，提高自身设计水平，更加全面的考虑问题，弥补剪力墙结构的缺陷，促进我国建筑行业不断发展和进步。