民用建筑结构设计中剪力墙结构的运用分析

刘志轩

广州亚泰建筑设计院有限公司东莞分公司 广东 东莞 523000

1 剪力墙结构的定义

1.1 剪力墙的定义

剪力墙结构是一种用钢筋混凝土墙板来承受建筑物竖向和水平力的结构类型，它用钢筋混凝土墙板来代替传统框架结构中的梁柱构件，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。这种结构在高层建筑中被大量运用，通常情况下，建筑界按照墙体开洞的情况，将剪力墙分为独立墙肢整截面剪力墙、双肢剪力墙、多墙肢联肢剪力墙和壁式框架剪力墙等类型。

图1 基本框架剪力墙结构

1.2 剪力墙的分类

根据建筑体的需求差异和实际地质情况，可以将剪力墙的形式和结构分为不同的类别。首先，对于一些支撑性要求一般的建筑体，可以设计一整面强体来实现抗剪力作用。在整体剪力墙中要求实现抗剪力可应用的墙体达到85%以上。整体墙沿着竖直方向的建设要有对抗墙体变形和弯曲的效果，要求将外包线设计建设成抛物线的形式。其次， 一些在剪力墙上的孔洞开设达到50%以下时，要求将空洞建设为带状分布形式，并加强墙体的双肢建设工作，能够呈现出抗弯曲可抗扭曲两种建设需求，对于维持建筑体的稳定性更加有效。最后，还有一些整个抗剪力效果以四边框的形式进行呈现的，由于本身的不稳定和易变性问题，要求在设计建设时多引入一些连梁，保证实际建设需求。

1.3 剪力墙结构的优缺点

剪力墙结构的优点主要表现在以下几个方面 ：一是剪力墙结构设计，在建筑设计中所花费的成本比较低，可在维护剪力墙结构质量，强化建筑功能性的同时，减少设计成本和施工成本 ；二是剪力墙的刚度性较好，其在功能上较为完整，能够承受各种负荷力，提高剪力墙的承载能力 ；三是剪力墙结构的应用，有利于重新组合建筑设计中的承重墙和分割墙体，有利于拓展建筑项目的内部空间，使其外观上更加美观。当然，剪力墙结构也同样有着其缺点，正是因为剪力墙结构的刚度比较好，这就使得其一旦遇到外力的影响，便会进行抵抗，以致在力和力的作用下发生变形 ；二是剪力墙结构中的框架设计，会增加剪力墙的重量，同时也使得建筑整体重量提升 ；三是就目前而言，所应用的剪力墙结构，在承载功能方面还有待进一步挖掘 ；四是虽然剪力墙施工的成本相对来说比较低，可在一定程度上节省施工材料，但是同样也会对剪力墙结构的延续性产生影响[1-3]。

2 剪力墙结构设计原则

2.1 最小剪力系数调整原则

在剪力墙设计和施工过程中，为尽量避免剪力墙自重因素对于建筑所带来的负面影响，减少建筑结构本身的总体重量，从而有效增强建筑抵抗地震等风险危害的性能，必须适当地减少使用剪力墙的区域和部位。

2.2 连梁超限的调整原则

在剪力墙的设计和施工中，必须要充分考虑到剪力墙的跨高超限问题，这一问题在剪力墙设计中出现的频率非常高。因此，剪力墙的设计需要提前对连梁跨高进行合理调整，明确一定的高度范围，并且采取框架梁的方式进行剪力墙结构的施工建设。在施工实践中，如果剪力墙的跨高比例处于5至6的范围内，还需要给予额外的重视，确保剪力墙的连梁刚度保持平稳，不出现波动的情形，同时要将其承载力及弯矩控制在一定的范围内，避免剪力墙结构设计出现问题。

2.3 最大位移比例调整原则

建筑物的层高与层间的最大位移，对于剪力墙结构设计有着十分重要的影响，特别是在地震比较频繁、对于建筑物影响较为明显的地区，以及针对高层建筑，其楼层的最大弹性层间位移值确定必须把剪力墙结构的因素考虑在内。对建筑物剪切弯曲的处置需要参照一定结构构件的数量来进行相应的控制，然而如果竖向结构构件数量超出一定的范围，控制工作就很难得到有效进行，相应地也会大幅增加剪力墙的剪重比例。如此一来，不仅剪力墙的结构设计无法达到规范的要求，而且楼层间的弯曲变形将会出现问题，弯曲变形会随着时间的推移而不断增加，在长期使用的情况下，楼层甚至可能发生位移的情况。因此，在剪力墙结构设计时，必须要严格的控制好楼层间的扭转弯曲，把握好楼层之间的最大位移和楼层间距的比例，这也是提高建筑稳定性的基本保障。

3 剪力墙结构在建筑结构设计中的具体运用

3.1 合理确定剪力墙在建筑结构中的位置

剪力墙结构位置的确定，主要需要考虑以下几个方面的因素：

3.1.1 要从建筑整体结构入手，充分全面地考虑剪力墙的结构位置。剪力墙的优缺点表明，其既具有十分重要的地位，同时又要坚决杜绝滥用，必须将剪力墙的设计融入建筑结构设计的整体大局中，确保剪力墙的设置位置能够符合整体建筑结构的特点及应用需要，才能最为合理地确定剪力墙的位置。

3.1.2 要充分考虑到建筑整体的平衡问题，对于剪力墙的设计要尽可能地满足结构对称的要求。剪力墙的对称设计，不仅要求每一段剪力墙本身要尽量形成规则的构造，更重要的是建筑物整体的各剪力墙之间，要形成相互对称的格局，从而能够更好地发挥剪力墙的结构优势，并且避免对建筑结构造成失重或者失衡的不利影响。

3.1.3 要尽量简化剪力墙的结构设计，侧重于发挥剪力墙的优势而不是劣势。剪力墙对于建筑结构来说是一种重要的结构受力构件，在具体工程结构设计中应当尽可能地简约化，而不能进行过于复杂的结构设计。简化的结构设计不仅能够最大限度地发挥剪力墙的自身优势，而且可以有效避免各种不利因素的出现，更重要的是，可以避免因设计过于复杂而极大提高施工难度，导致建筑建造成本的较大上升[4-7]。

3.2 重点针对剪力墙的大墙肢进行设计处理

通常情况下，可以采取以下形式对大墙肢进行补充处理：

3.2.1 进行墙肢设计调整，用短墙肢来代替部分的大墙肢。主要方式是在剪力墙设计环节中，对相应的施工洞进行预留，待整体施工完成之后再进行填充。一般来说，剪力墙结构的墙肢不宜超过8m，使剪力墙具有一定的延性，避免因为墙肢呈现脆性而造成剪切破坏。

3.2.2 适当增加大墙肢的配筋量。大墙肢剪力墙结构的优点之一在于受力不需要钢筋的介入，从而有效节约成本，并降低施工难度和复杂程度，但其相应地降低了建筑结构的整体抗震能力。因此，大墙肢要适应抗震的需要，可以采取有针对性的措施，在墙肢中适当增加钢筋的配比，从而增加剪力墙的整体强度和承载力，避免因配筋量偏少而产生墙体弯曲等问题，综合提升剪力墙的抗震能力，保障建筑物整体的稳定性。

3.3 完善剪力墙连梁结构的设计

连梁结构是剪力墙结构中的重要组成部分，是剪力墙内各组成部分的连接和枢纽。而实践中，有许多因素都可能会对连梁结构的跨高比以及截面尺寸造成一定的影响，从而影响到剪力墙的整体质量。正如上文所述，在连梁设计过程中，连梁结构的跨高需要给予高度的重视和关注，必须要进行科学合理的设计，从而保证设计质量，避免连梁截面大小不符合规范、连梁承载力超限等问题产生。

在目前的剪力墙设计实践中，由于连梁结构所具有的跨高比相对较小，同时和连梁结构所相连的墙肢结构存在大刚度等情况，导致连梁结构由于受到水平力的作用，进而在出现屈服情况时发生梁端开裂情况，通常需要采取刚度折减的方式对连梁结构进行处理。然而，对剪力墙进行抗震设计时，又可能因为连梁刚度不足而增加剪力墙所承载的剪力和弯矩，从而大幅增加配筋设计的难度。因此，折减比例应当控制在一定的范围，把握严格的标准，从而使连梁结构具有相应的承载能力。

3.4 合理确定剪力墙结构边缘构件

剪力墙布置完成后合理确定剪力墙边缘构件显得尤为重要。设置剪力墙边缘构件目的是为了增加墙体的延性，增大耗能能力，从而进一步降低其他结构构件的抗震需求。剪力墙边缘构件一般指的是剪力墙中的暗柱或者端柱，暗柱一般位于墙肢平面的端部、转角以及剪力墙开较大洞口后洞口两边位置。在剪力墙中设置边缘构件，既可提高墙体的承载力，又能提高墙体的延性[8-10]。

4 结束语

剪力墙结构是现代建筑工程领域中的关键技术，对于建筑业整体的发展和创新有着不可替代的作用，对于我国建筑工程建设有着特别重要的意义。而建筑物的特性决定了，建筑结构设计必须充分全面地考量经济、效率、安全等诸多方面的因素，剪力墙结构的运用必须要保证经济性、可行性、科学性和持续性等各项要求。在具体的建筑结构设计中，必须坚持扬长避短，发挥剪力墙结构的最大价值，规避和处理好可能存在的问题和缺陷，从而保障建筑工程的整体成效，为我国社会发展和经济建设做出应有的贡献。