对剪力墙结构设计的深入研究

张伟园

（江苏省建筑设计研究院股份有限公司，江苏 南京 210000）

前言：建筑结构设计当中，剪力墙结构体系作为常用的结构形式，在房屋建设中得到结构设计人员的广泛运用。剪力墙平面布置设计时，从结构安全性和建筑使用功能入手，要让剪力墙在保证安全稳定的前提下，最大程度上满足建筑的使用功能。剪力墙架构作为关键的力学运用载体，让建筑的结构更加稳定。通过抗震设计及抗震构造措施的规范要求，为结构工程师做好剪力墙结构设计工作提供了依据，认真分析结构设计原理，让建筑结构稳定搭建获得参照，也促进建筑工程建设顺利实施。

一、剪力墙结构设计的优化原则

从根本上来说，建筑结构从房屋使用角度入手，通过设置一定数量的剪力墙，使之与梁板进行相应连接，形成剪力墙体系，来抵抗相应的荷载及地震作用。从建筑使用功能上的差异，建筑结构形式也存在不同。剪力墙包括了剪力墙结构、框剪、筒体及复杂的混合结构。剪力墙运用到建筑结构设计领域中，其整体性好，刚度大，在水平力的作用下变形小，其侧向变形的特点为弯曲型。剪力墙要求间距不能过大，所以平面布置不算灵活；但是其承载力较容易满足。从本质出发，剪力墙结构主要是以钢筋混凝土剪力墙、梁、板为基础，进行竖向和水平力的承接，设计的过程中，使之互相协同合作，一起承受外力作用，保证结构安全稳定。下面针对剪力墙结构设计过程中具体优化原则开展分析。

（一）承载力和刚度合理。剪力墙设置时，承载力要控制在合理范围内，不可有过大的刚度，造成材料的浪费；也不可使结构过柔，刚度小，结构的安全性不能保证。平面布置应该尽量保持简单，刚度和承载力分部宜均匀，形心与质心要在合理范围内，传力路径要做到简单明确。

（二）楼层剪力系数的控制。建筑结构设计工作开展的时候，要对不同楼层之间的剪力系数进行合理控制，以最小数值为基础。这就会在一定程度上对建筑物的重量进行一定控制，防止出现抗震能力减退的问题，避免出现安全问题。设计工作当中，还要进行短肢剪力墙分析，从承受力矩方面出发，然后按照分析的具体数值进行剪力系数的改进，将其控制在最小范围内。

二、剪力墙结构设计的深入分析

建筑设计领域当中，要剪力墙结构设计做到有效合理且节省，这样布置并非容易的事。设计人员进行剪力墙结构设计时，要保证其数量适宜，且截面的长度与厚度处于最优状态。发挥连梁的作用，同时要控制短肢剪力墙的数量。通过对结构梁板墙配筋的控制，更好的保证建筑结构稳定和工程造价。下面针对剪力墙结构设计进行全面分析，为建筑设计领域发展提供强有力的支持。

（一）剪力墙数量宜适中

剪力墙结构应该有较好的空间工作性能，其布置应该尽量做到双向布置，使之形成空间结构，且双向的刚度要控制在相当范围内，不可相差过大。通常情况下，剪力墙处于合理的运用情况下，所承受的荷载力是以竖向荷载和风荷载为主。剪力墙数量应该适宜控制，要从轴压比以及两个方向的振动周期来入手，将其视为参照和依据，然后还需关注墙肢所承载的具体层数。从地震力角度入手，在计算的过程中，从侧向位移入手，以底部位置所承受的剪力作为分析点，能够在对其合理的进行布局和规划之下，形成完善的刚度分配模式，然后保证竖向的刚度更加合理，保持着连续性。

（二）剪力墙截面设计

1.剪力墙长度限制：一般情况下，剪力墙的长度不宜过长，墙肢的最大长度不宜超过8m。剪力墙结构要有一定的延性，又细又高的剪力墙（指高宽比大于3 时）容易设计成弯曲破坏的剪力墙。因此当剪力墙的长度超过一定数值时，应该设置洞口，将长墙分成长度较小的墙段，使分割后每个墙段变为高宽比大于3 的独立强制或者连肢墙。因此规范上限制了剪力墙墙肢的长度不宜超过8m。

2.剪力墙厚度要求：建筑物的高度越来越高，伴随着剪力墙结构高度也随之增加。在设置剪力墙墙肢的厚度时，在保证墙体的自身稳定性的同时，也要承受建筑物自身荷载及所承受的外力作用。现在建筑尤其是住宅类，对房屋的使用功能有较高要求。因此墙肢厚度在保证轴压比要求下，要尽量控制墙肢的厚度。高层规范中规定了不同抗震等级下的墙肢的最小厚度。在结构的底部加强区，剪力墙的稳定性容易出现不足，通过增加墙肢翼缘或端柱，或者适当调整墙肢数量来保证结构安全性，也能同时满足建筑的使用功能[2]。

（三）做好连梁设计工作

建筑结构设计环节中，连梁指在剪力墙结构中，连接着两个墙肢，在墙肢平面内相连的梁。连梁一般具有较小跨度、截面高度大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点，其作用来平衡两侧墙体刚度。一般在风荷载和地震作用下,连梁的内力往往很大。关键的部位连梁这主要是为墙肢之间提供连接的力量和载体。剪力墙处于水平荷载的状态下，墙肢在一定程度上会发生扭曲的转变。这个时候，通过连梁装置的架构，就要会让墙肢拥有平衡性能，进行水平负荷力的承载。在此情况下，对所受力进行分解，形成约束和稳定的效果。墙肢和墙肢拥有连梁，这在剪力墙结构设计领域当中发挥出十分关键的价值。而且，作为不可忽视和缺少的部分，倘若在设计方面发生问题，则必然会导致剪力墙结构设计出现不良后果[1]。

在此，连梁结构设计工作开展当中，结构人员从“强墙弱连梁”入手，做好连梁的刚度和高度控制，并在一定程度上增加跨度。这会保证抗震性能设计的作用发挥，这就要求在较早时期受到破坏的连梁先产生塑性铰，且在保证连梁承载力下降不是过多的情况下，同时产生内力重分布，使大部分的连梁的破坏先于墙肢的破坏。

（四）控制短肢剪力墙数量

按照技术标准规范要求，短肢剪力墙有着明确的规定，在截面和厚度上进行了相应的要求：墙肢厚度控制在300mm 以内，同时各个墙肢截面要做好高度和厚度的比值，将其控制在4—8 之间，满足以上条件的称为短肢剪力墙。社会经济发展之下，建筑技术也看到了明显的发展趋势。建筑层面上，短肢剪力墙拥有了更加广泛的运用领域，和长肢剪力墙进行对比，其所呈现出的肢厚度是比较小的。具体运用当中，这一形式的合理运用会让建筑工程进行空间设计的时候得以优化升级。短肢剪力墙一般都出现在多层和高层住宅中。

当前，我们也要明确的认识到短肢剪力墙也有自身的局限性。短肢剪力墙沿着建筑高度可能会有较多楼层的墙肢容易出现反弯点，其受力特点基本接近于异形柱，但是又承担较大的轴力和剪力。由于短肢剪力墙的抗震性能较差，在地震区应用的经验不多。因此，高层住宅中不宜过多的使用短肢剪力墙，更不应全部采用短肢剪力墙。因此，在规范当中，对短肢剪力墙所承担的底部总倾覆力矩做了明确的规定，以此来限制短肢剪力墙的数量。

（五）合理的控制配筋

剪力墙结构设计当中需要耗费比较多的钢材，而且还需合理运用到我国的建筑领域当中。施工项目运用剪力墙结构开展工作的时候，经过多次的实践运用得知，对配筋的数量进行有效控制和规划，不仅是会保证建筑结构更加合理和稳固，也能够在工程造价上得以合理的控制。墙体配筋控制环节当中，要以规范要求计算配筋数值为基础，并按照构造要求，对其合理控制的过程中满足实际要求[3]。施工图纸设置的过程中进行配筋率的控制，对受力构建极限压应变值进行提高，改善构件脆性破坏。同时，对混凝土的徐变进行减少和控制。

结论：综合以上分析，剪力墙设计能更好的满足了现代建筑设计的需要。而且这也符合人们对建筑的使用要求。从当前的发展领域入手，做好剪力墙结构设计工作，将其优势充分发挥出来，让建筑结构更加安全和稳固，也会进一步保证建筑设计稳定发展和运转。从建筑结构设计形式进行全面优化和升级，能够让设计展现出明显的科学性和完整性。对剪力墙的数量合理的控制，加强布置和合理规划。通过多个角度的完善升级，真正地为保证建筑结构稳定性做好准备。