建筑结构设计中的剪力墙结构设计

王庆晓

（太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002）

0 引言

近年来，建筑领域广泛应用的建筑结构设计形式之一就是剪力墙结构，原因在于该种结构利于建筑综合性能的大幅提提升。但从当下建筑行业剪力墙结构设计情况来看，尺寸及安装位置等方面的统一规范与标准尚未形成，设计工作开展时主要是以设计人员经验为依据，导致不同建筑结构中的剪力墙结构设计、安装有一定差异存在，且一些安全隐患也难免存在其中。为切实改善该方面不足，设计人员要切实了解、熟悉剪力墙结构设计要点，为该结构的设计与建筑项目施工建设要求相符保驾护航。本文先分析了剪力墙主要特征，之后探讨了设计原则，在此基础上详细阐述了剪力墙结构的具体设计，仅供参考。

1 剪力墙的主要特点

1.1 刚度特点

在外部强力冲击剪力墙结构的情况下，会在一定程度上影响其刚度[1]。为规避这方面问题，相关工作人员要与具体情况相结合，进行对应抗震等级的设计，之后开展对照操作，确保采取的抗震方式最有效，进而促进建筑稳定性、安全性的提升，使事故发生概率最大限度降低。

1.2 受力特点

剪力墙结构和地面呈现的状态是以完全垂直为主，而针对悬梁臂部分来说，一旦受外部较强作用力影响，变形情况极易出现，也会向剪形方面逐步演变[2]。面对此种情况，剪力墙结构可对水平方向传递而来的压力进行有效承受，而正是因为剪力墙结构具备这一特征，所以剪力墙与其他结构相比具有更高的稳定性。

1.3 抗震特点

有效控制框架结构、剪力墙结构刚度，利于建筑自身稳定性的显著增强，可保障建筑整体的抗震效果进一步提高。剪力墙结构的抗震特征十分显著，在面对突发地震灾害时，通过剪力墙结构作用的充分发挥，有效降低地震灾害所造成影响，也能为人民安全生活生产提供维护作用。

2 剪力墙结构的设计原则

2.1 确定合适宽度和高度

设计剪力墙结构的过程中，应以相关建设标准为参照依据规范、有序开展，而为了保障其整体性能够进一步提高，具体施工建设环节，一般需要以实际需求、工程需求为依据，科学有效调整其高度、宽度[3]。具体而言，在建筑高度设计科学、合理、恰当的情况下，利于各结构力所产生影响的稳定承载，而在设计环节，一旦有高度较高、但厚度较小的问题存在，必须调整墙体高度及厚度比，切实规避双向受压时影响建筑稳定性的现象。

2.2 调整和优化设计系数

对于剪力墙结构的整体设计来说，其与多方面参数信息密切相关，需要设计人员有效处理工程实际所需的各种数据，同时也可借助公式来调整相关系数，确保其与工程实际需求相符。在调整基本系数的过程中，应以系数调整原则为立足点，合理设计剪力墙，确保剪力墙抗震性能的有效提高。

2.3 遵循因地制宜的原则

建筑结构设计与施工建设环节，必须以因地制宜的原则为参照依据，与具体地质情况及地貌结构等因素相结合，开展综合考量工作，确保建筑整体性能有效提高[4]。为实现上述目标，实践设计环节要与实际需求相结合，合理设计其竖向结构，切实规避传统设计中出现的剪力比重失调现象，有效防止建筑抗震能力下降现象的出现。

3 建筑结构设计中的剪力墙结构设计

3.1 剪力墙结构布置

在合理布局剪力墙结构的情况下，才能使该结构应有作用充分发挥。为实现合理布局目的，要以建筑结构特征、建筑使用功能为参照依据，科学合理地选择、布置剪力墙。具体设计环节，应尽可能在建筑物端部及转角、平面突出、荷载较大位置布置剪力墙，例如，山墙及电梯间等部位。与此同时，布置剪力墙结构的过程中，要为双向平面分布均匀提供保障，基于间距的合理性为前提，为达到地震作用扭转效应的有效减少目的，应尽可能重合平面刚心、重心。剪力墙结构的截面布置形式可采用I、L、T形的组合墙，实践布置环节，一字墙设计的现象应尽可能减少，也不宜过多应用短肢墙，如此才能保障剪力墙结构稳定性、延性要求得到充分满足[5]。剪力墙结构的优势为承载力、平面刚度十分突出，但值得注意的是，剪力墙结构并不具备较强的平面外承载力，在设计环节如果直接连接平面外方向梁和剪力墙，可能会加大墙肢平面外弯矩。为规避该方面现象的出现，可在楼面截面不大的前提下，选用半刚接设计法，使墙肢平面外弯距得到调整。

3.2 分析结构受力点

结构受力点具体分析的过程中，首先，考虑到剪力墙结构的形式特征，在具体设计该结构时，要在剪力墙结构的延性设计上提高重视程度，所以可基于提高延性措施的应用，使结构抗倒塌能力逐步增强。其次，在高层建筑设计轴向结构的过程中，要明确建筑结构所承受荷载的基本情况，因高层建筑往往会承受较大的竖向荷载、水平荷载影响，此时设计剪力墙结构能够有效协调并抵抗竖向、横向荷载，且即便受高强度水平荷载作用影响，也能将侧移距离始终保持在合理范围内。

3.3 剪力墙厚度设计

要统一剪力墙结构前后设计和高层建筑稳定性设计，该环节需要设计人员基于剪力墙厚度要求的明确为前提，确保采用的厚度设计最为合理，在墙厚大于30cm的情况下，应将钢筋设置在端部中间，同时箍筋应沿墙肢方向设置，确保剪力墙稳定性、刚度、强度等要求得到充分满足。除此之外，为了便于后续的施工建设，墙厚度设计的过程中，需要以结构层高最小值为依据，确保选择的剪力墙结构厚度最合适。确定结构厚度的情况下，应明确剪力墙结构支撑点，如选择剪力墙和剪力墙相交处、剪力墙和楼板相交处等为支撑点[6]。为保障高层建筑结构抗震要求得到充分满足，需要整合建筑层数和施工材料进行综合考量，进而在底层结构设计上加强力度，如果建筑物所处区域存在地震频发现象，也要在底部剪力墙结构厚度上加强设计，确保有效提升建筑结构中的剪力墙结构设计水平。以国家相关规定要求为依据，如果建筑工程抗震等级为一级或二级，剪力墙底部加强部位厚度应控制大于20cm的范围内；对于剪力墙其他结构厚度来说，应控制在不小于16cm的范围内。如果剪力墙端头无翼墙存在，此时其要比高层的1/12大。但值得注意的是，上述相关规定并非在所有建筑结构中都十分适用，需要与建筑实际情况及层高等相结合进行科学设计。

3.4 剪力墙配筋和边缘构件

钢筋配置环节，可将水平钢筋放置在地面以上的外侧部位，而内侧则以竖向钢筋的放置为主。通过计算能够了解到，借助竖向筋可实现对地下配筋的控制，而在地下墙体内侧进行水平筋布置，外侧开展竖向筋布置操作，利于墙体刚度的提升。剪力墙承重构件设计过程，需要关注的重点就是墙体配筋率，该环节对于水平及竖直方向配筋率来说，应处在不低于0.25%的状态中；而针对少数框支剪力墙结构底部加强位置配筋率来说，应处在不低于0.3%的状态中。上述配筋要求应用在大长度和高度较高的剪力墙结构中，利于结构稳定性的显著提高。但值得注意的是，应用在低矮剪力墙结构中时，必须要反复确认、核实配筋率。

边缘构件的应用，利于剪力墙进荷载承受能力的改善。一般来说，在剪力墙承载力增强40%的情况下，耗能效果会提升20%。具体应用边缘构件的过程中，主要有3种可用构件类型，即特殊边缘及构造边缘、约束边缘。借助设计优化、改善剪力墙抗震延性时，实现方式主要为调整墙肢轴压比或增设约束边缘构件，这一过程应注意需要在轴压比无法限制的情况息，方可使用构件，确保进一步改善剪力墙结构的抗震性[7]。借助约束边缘构件控制墙肢受压区高度时，实现方式为内部纵筋，该环节箍筋利于混凝土的约束，能使其极限应变能力有效增强，进而为墙肢始终保持在可靠的塑性变形能力状态中提供保障，使地震问题得到良好应对。

边缘构件布置的过程中，相关设计人员可借助SATWE软件来分析、计算安装配筋相关参数结构。具体来说，要以设计规范要求范围为依据，借助计算的方式，将短肢剪力墙的一般区域所需配筋率、加强区域所需配筋率求出。小墙肢并不具备充足的受力性能，所以应限制其轴压比，截面设计形状应以框架柱为主，同时也要借助计算的方式，将一般区域、加强区域所用纵向钢筋配筋率求出[8]。在墙体两端分别为短肢、长肢的情况下，安装配筋无法以长墙肢为参考，考虑到该方面问题，一方面可在计算配筋的过程中，不对短肢刚度、短之配筋后的变化情况进行考虑；另一方面，可在计算刚度时，对短肢的影响进行考虑，但无须在配筋对短肢的影响上进行考虑。

3.5 过渡层的设计

在剪力墙结构有过渡层或转换层存在的情况下，如底层框架结构，此时针对过渡层剪力墙墙体来说，受到的倾覆力距和剪力最为严重，所以存在不利受力影响。除此之外，因伴随竖向均匀荷载，所以过渡层部分会始终受拉建立或压剪力影响，且该环节如果同时伴随一定水平荷载，该部分墙体对比常规落地墙体来说，水平荷载力和抗裂性能就会处在较差的状态中[9]。研究表明，在伴随一定竖向、反复水平力的情况下，过渡层墙体承载仅仅是预定的70%左右，在验算其水平荷载力的过程中，如果选择落地墙体法应用，此时如果其伴随的托梁高跨比较小、竖向何载较弱，就会过高估计其抗震承载力，导致抗震可靠性受到影响。对此，过渡层设计环节，应基于圈梁等的对应设置开展设计工作，确保弱框体系及时形成，使其自身能够传递地震剪力，为其延性提供保障。

3.6 连梁设计

连梁利于剪力墙结构刚度的强化，连梁的截面较大、跨度较小，其缺陷为抗剪强度低，且在超出设计强度时，弯曲破坏问题会随之出现。连接墙肢是连梁主要承担的作用，因在强大水平负荷作用的影响下，墙肢会有弯折现象发生，最终给连梁的平直度造成影响，导致墙肢整体结构稳定性遭到破坏，此时基于墙肢受力情况的改善，能使墙肢弯折现象得以切实规避，所以说连梁设计合理性与否会给剪力墙结构整体性能带来一定影响。在开展连梁设计工作时，相关设计人员面临的一个常见难题就是地震作用下剪力和弯距控制，此时如果单纯采用连梁高度提升的设计方式，会进一步增加配筋值，所以可借助连梁刚度的降低、混凝土等级的增强等方式达到设计的优化目的[10]。具体来说，设计人员为充分满足设计需求，可采用连梁刚度折减方式，而调整连梁刚度时，实现方式主要是调整跨度及截面高度、设置水平缝等，其中截面高度的降低会缩小抗剪截面，所以不具备较强的实用性；而跨度的提升，利于抗剪性能的增强，但不会提高其刚度，这一过程要想借助跨度的提升来调整连梁刚度，需同步开展剪力墙加厚施工作业，但此种方式并不具备较高的经济性，同时也会给建筑功能性带来影响，所以需要设计人员借助水平缝的设置，使连梁向双连梁方面转化，借此扩增连梁截面宽度，使连梁超限问题得到有效解决。

4 结语

剪力墙结构利于建筑抗风及抗震能力的显著增强，也能切实延长建筑使用寿命。在剪力墙结构体系中，无梁、柱等外漏和凸出情况，可便于室内环境的布置。目前，剪力墙结构已经全面普及、推广应用到现代建筑结构中，虽然说该种结构的优势十分突出，但需要注意的是，该结构并非适用于所有建筑类型，所以建筑结构设计中的剪力墙结构设计环节，相关设计人员要整合可能会影响剪力墙结构的各项因素，进而进行全方位、多角度的考量，以工程实际情况为依据进行科学设计，如此才能保证该种结构优势作用得到最大发挥。