建筑工程设计中剪力墙结构的设计方法分析

董西文

【摘要】近年来，随着我国城市化进程的加速发展，建筑业也得到了充分发展，建筑设计行业也步入了高速发展期，剪力墙结构也已经在建筑工程结构设计领域实现了广泛应用。通过剪力墙结构设计可以让建筑工程结构得到充分优化，提升建筑工程结构设计水平，进而保障建筑工程项目的施工质量。为此，有必要对剪力墙结构设计方法充分分析研讨。下文将简要介绍剪力墙结构的相关概念，明确应用优势和应用原则，同时，提出剪力墙结构设计中的常见问题及设计重点，以促进建筑行业剪力墙结构设计水平提升。

【关键词】建筑工程;剪力墙结构;设计方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.061

引言：

随着城乡社会经济的不断发展，城乡居住、工业、仓储等用地以及基础设施与公共服务设施用地不断增加，土地资源更显得极为匮乏，十分珍惜与合理利用每一寸土地成为国家战略要求。高层建筑对于节约土地具有显著的作用与效果，使人们对高层建筑工程设计、施工、质量安全等方面都给予了高度关注。为此，要求建筑工程企业不断提高剪力墙结构设计水平，以促进建筑工程施工质量和施工安全性提升，让建筑使用者的使用需求得以切实满足。

1、剪力墙结构概述

对于建筑物而言，剪力墙结构是其中的重要表现形式，可以在高层建筑建设阶段表现出十分突出的功能性和价值优势。剪力墙结构，可以达到良好的强风冲击抵抗效果，以充分抵抗地震的功能，因此也被称之为防风墙或抗震墙。现阶段，剪力墙结构已经在高层建筑施工过程中得到了充分应用。但该结构往往无法同时适用于所有墙体，这时就要求充分利用筒体结构材料进行剪力墙设计，从而达到良好的水平切力抵抗效果。针对剪力墙结构实施抗震设计时，需要明确墙体所能承受的第一振型底部地震倾覆力矩，并进行充分管控，使其得以保持在建筑结构总底部地震倾覆力矩的一半以内[1]。

2、剪力墙结构设计常见问题

2.1 二十层以下高层剪力墙结构问题

现阶段，我国在二十层以下高层剪力墙结构设计过程中普遍使用现浇剪力墙结构进行设计，该施工方式相对传统。然而，我国墙体配筋往往使用构造配筋的形式，其中的墙肢轴压比计算数值均相对较小。由于受到上述因素的影响，在一定程度上影响了原有设计墙体的承载力，难以在建设实际中得到充分展现。除此之外，采取此类施工技术时所需消耗的施工成本也相对较高。

2.2 二十层以上高层建筑剪力墙结构问题

如果高层建筑的高度在二十层以上，在实际建设阶段往往采取短肢剪力墙体系，其底部剪力系数往往难以达到预期标准，同时，由于未能采取具體的剪力墙结构，导致建筑物结构中频繁出现连锁性问题。

2.3 框支剪力墙结构在建筑结构中的问题

在建筑物结构及建筑物底部处理过程中所采取的结构类型往往存在一定差异。短肢剪力墙是一种常应用于剪力墙上部的结构类型，针对建筑物底部进行处理，需要充分利用全落地及框架支撑剪力墙相结合的结构方式，并将其分配在商业住宅小区及商店店铺中。应对自然灾害时，可能导致建筑物结构暴露出许多突出问题，也具有一定的脆弱性。剪力墙上下结构刚度普遍存在一定差异，其上部承受能力显著优于下部结构，如果需要面对相同的外部压力时，上部结构不会导致因承受力影响而出现结构变形问题，至于下部结构，则可能存在一定的变形风险，即使在水平作用力影响下，也通常难以规避此类问题[2]。

3、建筑工程剪力墙结构的常用类型及设计原则

3.1 建筑剪力墙结构分类

1）整截墙面，可以结合具体的开洞面积进行剪力墙结构分类，如果墙体未开洞或洞口面积较小，占墙体总面积的16%以内，则可以定义为整截墙面。墙体截面的受力状态与竖直的悬臂梁相似，且其截面位置上的正应力呈现较为明显的直线分布状态，如果墙肢的高度方向出现了弯矩，则不会导致结构突变，也不会引起结构反弯，至于变形曲线，则往往呈现为弯曲型曲线。

2）整体小开口墙，此类墙体的洞口普遍沿竖直方向按列布置，且连梁和墙肢的刚度信息均十分均匀，且其中的洞口面积已经超过了墙体总面积的16%。此类墙体是一种小面积开洞墙体，可以依据结构整体悬臂分析受力性能，同时，墙肢的局部弯矩和水平荷载力影响下的弯矩则主要通过墙体自身轴力体现，该结构的自身弯矩相对较小，且在弯矩图结构中可能产生一定变化，但是，并不会对整体结构造成变化，且变形曲线也常常表现为弯曲型。

3）连肢墙，此类墙体一般沿洞口的竖直方向分布，面积已经超出了墙体总面积的16%，然而，连梁刚度状态却始终低于墙肢刚度。如果剪力墙结构的洞口较大，且分成一列，则可以称之为双肢墙，如果其中含有多列洞口，则可以称作多肢墙。利用连梁结构，可以达到一定的墙肢约束效果，导致墙肢弯矩常常发生突变问题，同时，也可能存在数量较多的反弯点，以增加墙肢局部弯矩，使正应力截面难以呈现出直线分布状态，且始终保持为弯曲型变化的趋势。

4）壁式框架，此类框架中的墙壁洞口面积相对较大，其中的连梁和墙肢刚度基本一致，且不会对弯矩图楼层位置造成过大影响，可能导致楼层中出现较多的反弯点，至于变形曲线，则往往采取剪切型的形式[3]。

3.2 建筑剪力墙结构设计原则

现阶段，建筑结构形式普遍呈现出多样化变化的趋势，其中的剪力墙结构整体性和刚度都较为突出，不会因水平荷载力而导致剪力墙结构变形，因此已经在建筑工程行业中得到了广泛运用。要求在进行高层建筑建设时进行合理的剪力墙结构设计，同时展开精准计算，基于整体化视角展开对于剪力墙结构的深入分析，明确剪力墙结构的横纵向结构，科学利用各类计算方式，并做好建筑工程配筋设计。此外，要求在应用剪力墙结构时，针对结构的连梁跨度予以高效控制，并将最适宜的高度控制在2.5倍高以上，在最大程度上避免剪力墙结构之中所存在的各类剪力问题，将调整到合理的弯矩区间内。9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3

针对剪力墙结构进行优化设计，要求充分关注结构的使用情况，让连梁弯矩和剪力设计维持在良好的状态之中，以充分确保剪力墙结构的安全性和稳定性。同时，要求针对剪力墙结构的数量设计方案予以积极优化调整，以降低剪切变形出现的概率，实现对于剪力墙竖向构件刚度的合理化控制。针对剪力墙结构实施设计，一旦无法充分保障位移，就可能在一定程度上提升剪力墙的侧向刚度，对平面外刚度造成严重限制。基于此，要求针对洞口周边的位置予以灵活调整，以实现对于墙肢压轴比界限的充分控制，让剪力墙的相应结构得到切实强化，同时，针对剪力墙边缘构造设计实施优化调整，以充分保障剪力墙的边缘构造设计质量[4]。

4、建筑工程剪力墙结构的设计及布置方案

4.1 剪力墙连梁结构设计

针对高层建筑中的剪力墙结构实施设计，要求进行连梁结构超筋处理。该结构对剪切变形十分敏感，一旦出现了剪切变形问题，则可能直接影响建筑物的整体实用性和坚固性，要求设计人员提高对于这一问题的关注。由此可见，连梁超筋结构是最为主要的剪力墙结构设计要点。剪力墙结构具备良好的延伸性能，可能直接影响墙体的整体结构和耐久性，要求在设计施工阶段全面把握剪力墙延伸性能，方可充分保障建筑项目的安全性和稳定性。

1）剪力墙结构最为主要的特点便在于可以充分抵抗地震问题。为此，要求在剪力墙连梁剪力及剪力墙连梁弯矩设计过程中进行积极调整，以达到良好的结构塑形调幅效果。

2）进行剪力墙连梁结构设计，要求积极设计合理的剪力墙连梁截面方案，针对连梁的截面高度进行充分管控。同时，要求在开展剪力墙内力计算前，切实做好与连梁自身刚度相关的各类拆减处理工作。在结束剪力计算后，需要针对连梁之中的具体剪力值予以计算，以充分保障计算结果的准确性。需要结合工程实际确定最为适合的计算方法，并以此确定相应的剪力和弯矩设计值，针对计算数据予以充分调整，确保调整后的数据可以大于计算数据，以充分提升计算的准确度。

3）设计剪力墙连梁结构，要求将剪力墙连梁破坏性能作为设计要点，以降低连梁结构破坏所引起的竖向荷载变化。使用该剪力墙连梁结构，则在大震作用下往往无需同步工作，可以结合独立墙肢实施剪力墙连梁分类，针对墙肢结构实施结构分层分析，通过两次计算结构，分析墙肢结构的内力分布状态，以达到良好的配筋计算效果。在实施弯矩设计时，要求充分关注弯矩的抗震设防烈度，让弯矩的设计值得以低于抗震设防烈度的组合值，在最大程度上保障弯矩的使用质量，以降低建筑结构因小型地震所受损的风险，让高层建筑建设的安全性得到充分保障[5]。

4.2 剪力墙定位

对于建筑工程而言，其中剪力墙结构设计的合理性将会直接影响剪力墙定位的科学性，进而影响建筑结构的整体质量。为充分保障建筑工程施工的可行性和质量，要求在剪力墙定位时充分关注实际方向，沿主轴方向实现对于剪力墙结构的双向布置。针对高层建筑的剪力墙结构实施设计，要求充分关注转换块垒结构的布置问题，针对具有复杂结构的高位转换底部空间予以优化调整，不断提升转换层高位状态之中的转换层质量和刚度，使得以与上限的刚度和质量保持一致。在实施转换层设计时，要求针对其刚度及质量予以充分管控，细致检查层间位移角的均匀性和转换层的水平状态，明确转换层内部的实际空间状态，建立对于转换层均匀状况的清晰认知。

同时，充分关注转换层结构设计中的薄弱部位，并予以积极优化。仔细研究转换层之中的内力分配情况，并针对结构相对薄弱的位置进行优化，不断调整构件配筋的数量，以优化结构性能，让高层建筑剪力墙结构设计的安全性得到充分保障。

并且，剪力墻具有十分典型的抗震特点，要求充分关注剪力墙结构，以促进结构整体稳定性提升。需要针对施工作业全程实施充分管控，以促进工程施工质量提升，相应避免单向剪力墙结构。剪力墙定位针对不同几何形状有以下不同要求。对于正多边形、弧形及圆形平面而言，需要沿径向方向进行定位，以实现环向设计;如果平面呈现为Y形或三角形，则要求沿不同轴线方向实施充分设计;对于T形及L形平面或矩形平面而言，需要沿轴线方向实施平面设计，以促进设计合理性提升[6]。

4.3 墙肢处理

1）针对高层建筑剪力墙结构进行设计，要求在墙肢处理过程中充分关注计算开洞问题。计算开洞即在实施剪力墙结构设计时没有洞，且在实际施工阶段墙体仍然为混凝土墙。针对剪力墙墙肢结构实施计算，以确定其中的计算开洞参数，可以让其他剪力墙结构的小墙肢配筋水平得以切实提升。该方法的主要运用情形为地下室外墙结构;其次，关注施工开洞。针对高层建筑剪力墙结构进行施工，则墙上会留下许多洞，需要在结束施工后进行细致填充，以确保墙面结构的完整度。

2）针对长墙肢进行充分优化，得以成为短墙肢结构。当前，短肢剪力墙结构应用越来越广泛，它采用宽度（肢厚比）较小的剪力墙，用户可以一定范围内改造室内布局，增加了空间的灵活性。

4.4 上下部结构设计

首先，需要结合工程实际，减少结构的上部刚度。在进行设计时，需要针对剪力墙结构数量予以调整，让上部结构得以更好适应建筑的压轴比，并在此基础上不断缩短其墙肢的长度;其次，要求不断调整下部刚度结构强度，设置相应的落地剪力墙结构，让其得以均匀分布于相应的空间层之中。同时，应尽量避免使用集中布置的方式予以处理;再次，要求科学配置上下部刚度。一旦刚度过大，则可能导致剪力墙受到地震因素的严重影响，需要积极提升竖向的刚度要求。然而，采用此类方法可能造成严重的建筑材料损耗，导致建设成本增加;最后，对于剪力墙结构设计而言，转换层之中的刚度过小是限制上下部结构设计有效性的最主要原因。为此，要求针对截面尺寸问题予以高效管控，以科学合理的方式进行截面尺寸设计，同时，严格落实各项设计需求，实现对于材料刚度的有效控制。

4.5 严格管控施工设计成本

针对剪力墙结构设计全过程实施细致检查，以此为基础，综合协调各项设计内容，以便据此实施剪力墙结构设计方案调整，从而降低建筑质量问题的发生，保障建筑工程施工安全性，降低建筑工程项目总成本。首先，开展剪力墙结构设计，要充分关注相关规范要求，全面检查部件的长度及规格信息，让部件结构和设计规范之间的契合度得以切实保障，相应降低设计误差。除此之外，要求充分关注抗震墙的延伸水平，针对结构耗能水平实施充分配置，进而保障高层建筑结构的整体抗震性能。

1）开展剪力墙结构设计，需要全面把握边缘设计工作。明确其中的各个消耗环节，并以此为基础，进行高效管控，结合具体的设计质量，充分削弱工程施工成本。

2）开展剪力墙结构设计，需要计算工程施工中所使用的钢筋结构数量，在保障结构安全的前提下，通过有效的钢筋用量管控，取得最佳的施工设计成本管控效果。

结语：

综上所述，建筑工程中的剪力墙结构普遍具有较为突出的承载性能和抗震性能优势，通过积极的剪力墙结构设计优化，可以让建筑质量与安全性能得到充分提升，并能有效降低工程造价。

参考文献：

[1]王秀龙，方国瑞.建筑工程设计中的剪力墙结构设计探讨[J].工程建设与设计，2021（18）：19-20.

[2]李建利，陈青.建筑结构施工质量水平与结构安全性能分析[J].四川建材，2021，47（11）：45-46.

[3]张恒波，张相飞.民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用策略[J].中国建筑金属结构，2021（11）：154-155.

[4]李海巍，张晨.建筑结构设计中的剪力墙结构设计研究[J].砖瓦，2021（02）：74-75.

[5]卡米力·外力.高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计策略[J].绿色环保建材，2021（4）：69-70.

[6]陈玉香，王晓军，谢庆杰，赵建涛，逄金祥.现浇钢筋混凝土剪力墙住宅结构设计中几个值得注意的问题[J].建筑结构，2021，51（S1）：1264-1267.9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3