剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析

杨亚鹏

（河北 沧州 061000）

剪力墙结构的主要含义是指能够有效承受风荷载和具备抵御自然灾害的墙体结构，同时剪力墙还被称之为抗风墙和抗震墙，通过对剪力墙结构的合理利用，能够大幅度提升建筑物结构的稳定性和抗风险能力，为后续使用阶段的安全稳定性提供了坚实的保障。为了充分挖掘出剪力墙结构的重要作用，设计人员则应该在具体的设计环节中严格依照相关设计原则，同时对各种干扰因素实施全面考量，由此来构建出科学完善的设计方案。

一、剪力墙结构设计的基本含义综述

（一）剪力墙结构设计

所谓剪力墙，主要是指依靠风力或地动而引发的水平或竖向荷载，以此来提升建筑稳定性和可靠性的墙体结构。剪力墙结构设计主要是为了借助其良好的抗震性能以及刚度来提升建筑的建热度，这样能够有效避免建筑物由于风力或地动等因素而造成的坍塌和损毁现象。通常情况下，剪力墙的结构设计会较高，而在宽度方面则较小，借助于剪力墙结构的种种优势，使其在实际应用中的范围也越来越广。为了更好地满足消费者的实际需求，确保建筑工程的施工质量，借助剪力墙结构来提升建筑的抗震性能，同时还可以对其整体结构实施完善与优化，使建筑结构呈现出优秀的稳定性，从而大幅度降低墙体的荷载，为建筑施工质量提供了坚实的保障。

（二）剪力墙结构分类

剪力墙由于不同的分类方式有不同的种类。根据剪力墙是否开洞以及开洞的大小，可以将剪力墙分为四种--实体墙、整体小开口剪力墙、多肢剪力墙以及壁式框架剪力墙。除实体墙并不在墙体上开洞外，整体小开口剪力墙、多肢剪力墙以及壁式框架剪力墙，这三种类型的剪力墙均开洞，而这三种开洞的剪力墙则会再进一步根据开洞的大小进行分类。实体墙指的是不开洞或者开洞面积小于百分之十五的剪力墙。实体墙是不会产生反弯，没有弯点，能够接受较大荷载，以曲型为主要的变形类型的剪力墙。整体小开口剪力墙是开洞面积占剪力墙整体面积大于百分之十五，以弯曲型为主要变形类型，同实体墙相同的不会产生反弯但是有一定几率发生渐变的剪力墙。多肢剪力墙主要指墙体开洞面积很大或者开洞成列状分布，与整体小开口剪力墙有一定类似性的剪力墙。壁式框架剪力墙主要指墙体开洞面积较大而且与框架结构有一定类似，受其影响在刚度大小上墙肢线与连梁线一致或相似程度较高，有一定出现反弯点几率的剪力墙。我们要根据建筑结构设计的特点进行剪力墙结构设计，并在制造建筑物的过程中根据实际情况进一步优化剪力墙结构设计，优化建筑结构，提高建筑质量。

二、剪力墙结构的设计原则探究

（一）楼层间最小剪力系数的调整原则

在对剪力墙实施结构设计时，设计人员应确保楼层之间的系数达到最小。为了能够降低由于房屋本身重量过大而导致的房屋抗震性能下降等相关问题的发生概率，建筑企业会在建筑结构设计环节中针对剪力墙设计中严格遵循短肢剪力墙接受的第一振型底部地动倾覆力矩占结构总底部地动倾覆力矩的比例小于百分之四十，确保楼层之间剪力系数能够控制到最小，同时适量降低剪力墙的数量，在此前提下，大开间剪力墙，使剪力墙结构的侧向刚度得到进一步的提升，这样做能够有效减少工程的施工成本，为建筑工程项目创造更多的经济利润。

（二）楼层间最大位移与层高之比原则

除了以上所述重点，在对剪力墙结构实施设计规划时，还应严格遵照楼层之间最大位移和楼层高之比的设计原则，设计人员应对楼层之间最大位移与楼层告知比实施高度重视，并依据实际的施工情况实施合理调整。相较普通建筑结构设计而言，剪力墙结构设计的关键在于楼层之间的扭转变形及剪切变形，通过对竖向构建的合理利用能够对楼层建的扭转变形实施合理控制，在实际施工设计中建筑企业为了合理规划剪力墙的数量，建筑楼层之间通常会出现较为严重的扭转变形，无法达到建筑层间位移的要求，对此，建筑企业应对楼层之间的最大位移及楼层高之比的合理调整给予相应关注，并加强监测力度，尽可能减低楼层的扭转变形情况，以此来提升建筑物的安全性和稳定性。

（三）剪力墙结构连梁超限的调整原则

在剪力墙结构设计中应该遵循剪力墙结构连梁超限的调整原则，确保剪力墙的跨高比大于2.5。一旦剪力墙的跨高比小于2.5 就会造成剪力和弯矩超过限额，降低建筑物的安全系数。但是当剪力墙设计中剪力墙的跨高比太大也会造成危害，比如剪力墙结构出现异常变化等，一旦剪力墙的跨高比达到5-6 时，也同样会造成剪力和弯矩超过限额。所以为了保证建筑物的安全系数和坚韧程度，提高建筑物的质量和建造建筑物的效率，控制建筑的成本，必须在建筑结构设计应用剪力墙结构设计时避免剪力墙结构连梁超限，遵照剪力墙结构连梁超限的调整原则。

三、剪力墙结构的优化设计探究

第一，剪力墙结构设计具备良好的抗震性和抗风性能，但是这其中也存在着相应的不足之处，例如剪力墙结构也存在一定概率的剪切变形情况，同时相较传统建筑结构设计而言，剪力墙结构设计由于其复杂性可能会与施工设计产生相应的偏差，这些干扰因素都在不同程度上阻碍了剪力墙结构优势的全面发挥，因此，在设计人员对剪力墙结构实施规划设计时，应对建筑物的整体结构实施全面深入的分析研究，并依据实际的施工情况和建筑物的性能特征，构建出科学完善的设计方案，为全面挖掘出剪力墙结构的重要价值奠定根基。第二，在对剪力墙结构实施设计时，应注重新型施工材料和施工工艺的合理运用，在控制施工成本的基础之上，对相应资源实施合理分配。第三，建造剪力墙的主要目的是为了能够更好地提升建筑物的稳定性，但这并不意味着剪力墙越多越好，对此，在实际设计时应确保剪力墙数量的合理性，并依据实际情况作出合理调整。

四、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用策略探究

（一）充分落实好平面布置工作

为了确保平面布置能够达到预期效果，在具体设计时就必须严格遵循以下几点：第一，始终坚持对称原则，确保墙面结构质量中心能够与刚度中心达到完全重合的效果，这样能够有效减少弯曲情况的发生，使墙体结构的稳定性得到切实的保障。第二，在遇到剪力墙过长的情况时，设计人员应依据实际情况对开洞扣实施合理设计，并将墙面分为长度一致的几段，这样能够减低剪力墙发生剪切破坏的概率，同时还应注意在对洞口设计时应坚持上下对齐以及成列布置等原则，避免交错叠合现象的发生，将后期剪力墙出现变形的几率降至最低。第三，针对抗震设计环节而言，实际人员则应根据具体情况实施双向及多向设置，优化剪力墙的结构性能，在剪力墙结构洞口和墙边形成墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按照框架柱进行截面设计，提升剪力墙结构的密实性。其四，当墙肢长度大于7 米时需要将其均分成两段进行设计和施工；与此同时需要对结构抗侧力刚度进行严格把控，不能出现过大或者过小的情况，通常抗侧力刚度会使用公式进行计算，公式中n 代表建筑物楼层数，进而保证结构抗侧力刚度符合规定要求。

（二）确保厚度设计的合理性

针对剪力墙结构设计环节而言，在具体的落实环节中应注重厚度方面的相关设计，对此，设计人员应结合实际情况，对厚度设计实施合理调整，避免过厚或过薄而影响到剪力墙的性能效果。但是，需要注意的是，在某些情况下，针对超厚型剪力墙结构设计而言，会对建筑结构本身造成一定的不利影响，使建筑结构的承载力得到过度提升，进而引发相应的安全隐患问题，这是需要设计人员尤为注意的。因此，作为剪力墙结构设计的重要环节，设计人员必须要确保厚度设计的合理性。在设计剪力墙结构时，需严格依据我国有关规定，对于剪力墙的厚度选择上需切实依据震级来进行，对于抗震等级是一、二级的建筑物，它的底部加强范围的剪力墙厚度不应小于200mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/16，其余部位墙体厚度不能低于160mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/20。对于抗震等级是三、四级的建筑物，它的底部加强范围的剪力墙厚度不应小于160mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/20，其余部位墙体厚度不能低于140mm。由此可见，剪力墙结构设计的具体过程中，厚度方面的设计开展，必须严格遵循国家的相关标准来落实，在遇到某些特殊建筑结构时，设计人员应做出灵活的调整，以此来确保将建筑结构的稳定性。

（三）确保延性设计的合理性

通过对相关资料的分析研究发现，延性设计在剪力墙结构的整体设计中占据着非常重要的地位，通过对延性设计的合理规划，可以使剪力墙结构设计保持合理的高度，并使其性能得到进一步的完善与优化。针对剪力墙结构设计要点而言，我们可以结合以下几点进行分析：第一，应确保结构墙体底部具备良好的延性和耗能功能，同时还应对底部高度范围实施合理把控，强化其抗震性能，以此来确保建筑物底部在一定的高度范围内具备良好的弹性变形性能，使建筑结构的抗震性能得到进一步的提升。

（四）对连梁结构设计实施科学规划

连梁结构能够平衡墙肢的负荷能力，同时实现约束和稳定剪力墙的效果，由此可以看出，连梁结构在剪力墙结构设计中的重要价值，由于人为及外界因素会对连梁结构的高度及截面带来一些不利影响，一旦缺少合理的设计，则必然会影响到剪力墙的各种性能，因此，设计人员必须要对此给予高度重视，严格依据施工情况和相关规定对连梁承压实施精确计算，并适宜调整剪力墙结构的配筋率，这样做能够有效降低扭曲力及剪切力对结构造成的不利影响，进而提升墙体结构的抗震性能。不仅如此，剪力墙结构连接点的设置一旦出现不合理问题，则会影响到其承重能力及抗剪能力，对此，设计人员还应对剪力墙结构连接的设置进行深度研究，确保其科学性和合理性，这样做才能够有效减少建筑物后续投入使用时出现裂缝的现象。

结语

结合以上论述可以看出，在社会经济的飞速发展之中，实现了建筑行业的全面壮大，为了能够满足时代的发展需求，就必须对建筑结构设计实施优化创新，以此来弥补与完善传统建筑设计中的不足之处，从而更好地提升建筑工程的施工质量和节能效果。剪力墙承受着建筑物的整个轴承负荷，对维持安全与稳定建筑工程的整体质量起着重要的作用，因此，在建筑工程的设计工作中，应加强主体建筑的剪力墙结构设计，有效地提高建筑物的抗震性能和整体质量，从而做出安全，经济和合理的结构设计，实现我国建筑业的可持续发展。