剪力墙结构设计在建筑结构设计中的实践初探

贾惠鹏

山西华鼎建筑设计有限公司 山西 运城 044000

随着我国改革开放的逐渐深入与观察，我国正在面临经济全球化发展的深度影响。现如今我国建筑业已经开始逐渐完善与强化，尤其是建筑结构设计方面，不仅出现了经验丰富的专业设计人员，同时在施工设备与施工方法上也有一些全新改革与突破性进展，剪力墙结构就属于其中的一种，这种结构在高层房屋中被大量运用。

1 剪力墙结构概念

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，此结构能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。由于高层建筑实际使用期间，主要的水平位移问题来自于风力和地震，因此剪力墙也被称为抗震墙。剪力墙的主要好处在于侧向刚度较高，可以承担较大的水平荷载作用，不会产生较大的位移与形变。而剪力墙的缺点在于间距存在一定的限制，建筑平面布置不够灵活，不适合一些大空间的公共建筑使用。除此之外，剪力墙的结构重量也比较大，缺乏一定灵活性，因此剪力墙结构主要用于住宅、公寓、旅馆当中使用[1]。

2 剪力墙结构设计不同与区别

2.1 框架剪力墙结构

框架剪力墙结构是一种常见的钢筋混凝土结构形式，其主要特点是由框架结构和剪力墙结构组成。在该结构中，框架结构主要负责承受竖向荷载和横向风荷载，在地震时还能够增加房屋的整体稳定性；而剪力墙则起到了抵抗地震剪力和弯矩的作用。框架剪力墙结构是指荷载通过框架和剪力墙共同承担，并且根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承担的地震倾覆力矩占结构总地震倾覆力矩的比值来进行设置，这种结构形式一般来说主要适合一些大空间的建筑结构设计当中。如果属于局部大空间的建筑，则是可以采用框架结构承担建筑大空间的方式。这样一来，一方面可以充分发挥出剪力墙的自身特征，在一个程度上改善建筑物的抗侧能力，维持建筑物的稳定性，另一方面可以实现建筑大空间的功能要求[2]。

总体来说，框架剪力墙结构可以应用于高层建筑、大跨度建筑物、厂房和桥梁等多种建筑类型，并且具有以下优点：首先，抗震性能好：由于采用了剪力墙结构的方式，能够有效地吸收和分散地震荷载，提高房屋的抗震性。其次，建筑空间利用率高：采用框架结构和剪力墙结构的组合方式，墙体占用空间小，从而提高了室内使用效率。再次，火灾安全性好：框架剪力墙结构采用钢筋混凝土材料，火灾发生时不容易受损或倒塌，保证了房屋的安全性。

2.2 普通剪力墙结构

普通剪力墙结构是一种常用的钢筋混凝土结构形式，其主要特点是通过设置一定数量的墙体来抵御建筑物的水平荷载。这些墙体常采用混凝土、钢筋或预制板等材料进行搭建。这种剪力墙结构是指所有的结构体系都通过剪力墙结构来组成，这种情况下，可以极大的发挥出剪力墙结构的特征，进而在一定程度上改善建筑的竖向荷载与水平荷载能力，对于发挥出主体结构稳定性具有极大的作用和意义，对普通高层住宅建筑可以发挥出建筑主体结构的功能与效果。

普通剪力墙结构在建筑工程中广泛应用，尤其在地震频繁的地区更受欢迎，具有以下优点：（1）抗震性能好：由于采用了多面墙体结构的方式，可以有效地吸收和分散地震荷载，提高房屋的抗震性。（2）施工简单：相比其他的结构方式，普通剪力墙结构不需要额外的复杂预制件，施工难度较小。（3）空间利用率高：也因为没有其他复杂预制件，墙体占用空间小，所以可以提高室内使用效率。

2.3 框支剪力墙结构

框支剪力墙结构是一种常见的钢筋混凝土结构形式，其主要特点是由框架结构、剪力墙结构和撑杆系统共同构成。在该结构中，框架结构主要负责承受竖向荷载和横向风荷载，在地震时还能够增加房屋的整体稳定性；而剪力墙和撑杆则起到了抵抗地震剪力和弯矩的作用。框支剪力墙是指结构当中的局部位置，一些剪力墙由于建筑的要求而不能直接落地，必须要落在下层框架梁上，再通过框架梁来将荷载传达到框架柱上，这样一来，梁就形成了框支梁结构，柱也将会形成框支柱结构。这种剪力墙由于与其他剪力墙之间有着一定的区别，因此在实际施工期间对结构下部空间也有较高的要求。为了更好的保证剪力墙框架结构的完整性，可以选择使用框支剪力墙结构，一方面能够保证下部空间要求，另一方面这种结构并不影响剪力墙效果的发挥[3]。

框支剪力墙结构的优点主要在于以下几方面：首先抗震性能较好，通过使用剪力墙结构和撑杆系统，有效地分散和抵抗地震的荷载，提高房屋的抗震性能。其次，下部结构可以实现大空间的功能要求。最后，上部结构实用率和空间利用率较高，上部采用剪力墙结构可以避免房间有柱子，墙体占用空间小，提高室内使用效率和增加美观性。

3 剪力墙设计要点

3.1 设计方式必须要保证科学合理

科学合理对剪力墙进行设计，属于发挥出剪力墙最大效果的关键方式和重要前提。因此，在设计的过程中必须要把控以下设计要点：首先，设计人员必须要针对工程的实际特征来选择科学设计剪力墙的方式，保证剪力墙科学合理。其次，则是需要考虑剪力墙的整体特性，无论是墙体的高度还是宽度，都需要保证相互协调，最好将剪力墙设置成为宽细状类型，保证剪力墙处于受弯工作状态，才能有足够的延性。最后，为了保证剪力墙的准确性，在实际设计的过程中需要使用较为准确、完善的智能设备来对剪力墙运行状态进行准确计算分析。

一般来说，剪力墙设计分为厚墙型剪力墙和筒体体型剪力墙两种。首先，厚墙型剪力墙通常会采用较厚的墙体来承担地震力荷载，在房屋平面布局中通常会将剪力墙布置在主力方向上。厚墙型剪力墙可以提供一定的弯曲刚度，抵抗建筑物的侧向变形，保证房屋整体稳定性。其次则是筒体型剪力墙，这种设计方式通常采用的是圆柱形或长方形的剪力墙。筒体型剪力墙在墙体内部设置竖向钢筋和水平箍筋，以增加其剪切和弯曲强度，同时也提高了整个建筑的抗震性能。这种设计方式适用于多层建筑和高层建筑，可以有效解决建筑物受地震影响产生的振动问题。

3.2 布局结构要合理

为了保证剪力墙设计符合工程实际要求，同时具有一定的结构合理性，设计人员必须要从布局结构的角度上进行分析，选择更加科学完善的布局方式与布局方向。一般来说，设置对称、均匀的剪力墙结构能够发挥出抵抗外界荷载的有效能力，例如地震等。而这要求设计人员在对剪力墙进行设计的过程中，可以保证剪力墙刚度中心与质量中心处于重合状态，结构布置也需要使用更加科学合理的抗震结构，这可以更好的发挥出剪力墙应有作用。

布局结构上，主要分为以下几种：

首先是单向剪力墙又称为平面单向剪力墙，一般沿着一条方向排列，能够有效地承担垂直于剪力墙布置方向的地震力。该剪力墙布局适合于长方形或近似长方形的房屋 。

其次是双向剪力墙由两组相互垂直具有较高刚度和强度的墙形成，可以承受任意方向上的地震荷载。这种结构布局形式适合于正方形或近似正方形的房屋。

再次则是高层框架-剪力墙混合结构，通常将房屋分为两个或多个部分，其中一部分采用剪力墙，另一部分采用框架结构，通过密集的梁柱系统与布置在墙体两侧的剪力墙相结合.如果地震发生，墙体所承受的巨大荷载可以让弯曲变形较小的框架结构充分发挥其优势，从而确保建筑整体稳定。

3.3 充分发挥剪力墙自身特性

剪力墙最大的特征在于其具有延伸性，因此在对剪力墙进行设计的过程中，必须要考虑到剪力墙的延伸性能，最大化发挥出剪力墙的延伸性，而这要求设计人员对剪力墙进行设计的过程中可以保证剪力墙基本材质和设计方案达标。除了延伸性之外，剪力墙的承载能力是否可以满足工程需求也属于设计人员必须要积极考量的一项重要环节，可以使用上下连续或者对称的方式来进行有效设计，这对剪力墙承载能力的改进和提升具有重要意义和作用。

首先，需要进行合理设计与排布，剪力墙必须合理设计，对于需要采用剪力墙的建筑，应根据房屋本体的特点和规模等因素选择合适的数量、位置和形状。在决定墙体数量时需要考虑实际的工程成本和混凝土等材料的可供性。

其次，则是需要优化刚度与强度，剪力墙的刚度和强度是其自身特性的重要体现，也是确保建筑物在地震中较小变形，承载能力足够的前提条件。在剪力墙的设计和施工过程中，应当尽可能优化墙体刚度和强度参数，确保剪力墙具有高质量的整体强度和高度的抗震能力。

最后，控制墙体厚度比例，墙厚比（即剪力墙厚度与跨度之比）应该控制在适当的范围内，既要满足强度可靠性和刚度要求，又要避免材料的浪费。一般来说，墙厚比应该保持在0.10到0.25之间。

4 建筑设计过程中剪力墙结构设计的方式

4.1 保证剪力墙外形与大小符合工程基本要求

为了达到剪力墙满足工程设计的实际需求，在结构设计的过程中，需要保证剪力墙的外形设计与大小符合工程的实际要求，这对提升剪力墙结构比例合理性具有重要意义。在设计的过程中，设计人员需要考虑到剪力墙的承压能力和实际承压方向，对剪力墙竖向承压大小与横向承压大小进行缜密的计算，从而满足不同强度的实际需求。在设计的过程中，需要保证剪力墙横截面高度大于墙体厚度，并且各项数据符合工程建设的相关标准要求，提升剪力墙的整体承载能力。同时，也需要维持剪力墙的稳定性，这对剪力墙结构有着一定的要求。设计期间，可以将剪力墙的墙体结构设计成为T形或者L形，这样可以更好的提升剪力墙稳定性，改善剪力墙的受力状态，确保工程质量不受影响。

4.2 优化剪力墙连续梁设计

连续梁能够让剪力墙连接起来，进而保证剪力墙在受到外力作用之后，可以具有一定的抵抗能力，而不是直接出现变形或者超筋等问题。因此，可以说连续梁设计对于剪力墙来说具有重要意义，必须要从以下几个方面进行优化与改进，这样才能够提升工程质量水平：

首先，需要结合实际工程情况来对连续梁进行分析，保证连续梁的高度、连接效果、整体承载能力都可以满足剪力墙的质量要求，维护剪力墙的使用效果，避免受到影响。其次，连续梁对剪力墙抗震能力起到了非常重要的影响意义，因此不仅剪力墙需要进行抗震设计，连续梁在建设期间也需要做好抗震优化工作。最后，为了保证连续梁的抗震效果，在设计初期需要针对连续梁的受力范围与受力状态进行准确评估计算，避免连续梁的荷载超过自身的承载能力标准，进而出现崩溃等情况。如果计算显示连续梁需要承担超过自身荷载的情况，那么设计人员必须要提前做好应对措施，例如使用铰接的方式来进行处理，控制剪力墙荷载量。

4.3 优化剪力墙大墙体设计

剪力墙设计的合理要求在于，必须要保证剪力墙宽度与高度比例小于2，但是想要在这一基础上维持剪力墙的抗剪性，就需要剪力墙拥有足够的高度。施工人员在施工的过程中可以对剪力墙进行处理，修建多个剪力墙上的孔洞，从而将剪力墙完成划分，表面上属于同一个剪力墙，但是彼此内部力的传达受到了孔洞的干扰，形成了多个不同的墙体，这也是分段施工的关键基础，可以有效避免墙体出现裂缝的情况。除此之外在这一过程中需要注意，如果剪力墙墙体高度超过8m，那么一旦发生地震，这种大墙体的剪力墙很容易因此而受损，进而导致剪力墙抗震性能因此受到了影响。因此，剪力墙结构设计人员必须要不断对剪力墙大墙体抗震性能进行设计与优化，使用开创施工洞等方式来保证剪力墙大墙体的抗震水平。在施工收尾阶段，需要使用相同的材料来对剪力墙上的施工洞及时进行修补，让多段剪力墙重新合拢成为一段，保证剪力墙的完整性与稳定性。

4.4 优化剪力墙边缘构件

想要从源头上改进剪力墙的质量，必须要从剪力墙各个组成部分进行入手，其中也包括剪力墙边缘构件的优化与重新设计。边缘构件一般来说包括剪力墙的翼墙、暗柱、端柱，因此，在实际设计的过程中可以使用约束边缘构件、构造边缘构件两种设计方案，从而对边缘构件部位进行有效优化与改进。同时，这两种设计方案对施工方式也有着一定的不同与区别，例如构造边缘构件墙体分布筋可替代其箍筋做法，但是主要施工目的均为保证剪力墙边缘构件的整体性能水平。而这一工作在实际使用的过程中，要求相关人员根据工程的实际情况来对剪力墙墙体大小进行计算，随后对翼墙、暗柱、端柱等位置进行重新优化，也可以根据实际情况来增加或者控制两者的截面尺寸或者配筋数量，这都能够有效的改善剪力墙实际性能，可以起到非常好的优化作用。

4.5 剪力墙布置优化

剪力墙应尽量呈现出双向布置的状态，从而形成良好的空间整体结构。在进行抗震设计的过程中，需要避免剪力墙呈现单向布置的状态，这对剪力墙的稳定性可能会造成一定影响。在对剪力墙结构进行优化与设计的过程中，还需要打造出合理的技术标准，例如，对建筑结构合理性和安全性进行综合考察之后才能进行剪力墙布置。同时，布置剪力墙期间也需要重视剪力墙结构的剪重比，如果剪重比超过了要求的标准，那么就需要减少结构的刚度，否则可能会导致剪力墙的作用无法顺利发挥。门窗洞口的布置也需要保证上下对齐，这样就能够产生非常明确的连续梁以及墙肢，让应力实现均匀分布。同时，也可以让计算简图更加规范明确，提升设计的整体效果，改善建筑安全性与可靠性。在墙体内部配筋的过程中，需要积极使用框架的方式来进行搭建，保证均衡完善。

5 结束语

我国建筑行业的发展现如今已经取得了极大的成就与好处，但是我国建筑业的发展并非较为完善与全面。以剪力墙结构为例，尽管剪力墙结构在实际使用的过程中具有非常多的明显优势，例如可以增强建筑物的功能、改善建筑物的抗震能力等。但是，现如今剪力墙结构应用方式和应用理念还存在一些问题，需要得到改进与加强，无论是技术还是设备材料，相比较于发达国家来说，我国的剪力墙结构尚且存在一些差距，这需要未来我国的相关从业人员不断的进行改善与优化。