高層及多層民宅建筑設計中剪力墻的結構設計應用探討

任振杰

（中交水運規劃設計院有限公司，北京 100007）

1 引言

隨著城市化進程的不斷推進，人們對于高層及多層建筑的功能、布局方面的要求越來越高。而剪力墻結構的應用優勢顯著，設計人員在進行剪力墻結構設計時要遵循設計原則，結合實際工程建設需要，全面分析、研究，確保高層及多層建筑中剪力墻結構穩定、安全的同時，提升建筑工程的經濟效益，促進建筑行業的良性發展。

2 高層及多層建筑剪力墻結構概述

2.1 結構特點

剪力墻結構使用鋼筋混凝土墻板替代建筑的框架梁、柱，墻板結構能夠承載豎向和水平方向的力。多數高層及多層建筑會使用剪力墻結構。其具有良好的穩定性，能夠為建筑整體提供有效支撐，從而保持建筑整體穩定性，同時利用剪力墻結構可以不用在建筑當中設置房梁，提升建筑空間利用率，節約樓層高度。而且，剪力墻結構可直接進行混凝土澆筑，有效節約施工成本、簡化施工流程、縮短建設周期，保證建筑壽命。剪力墻結構作為經濟實用的建筑結構體系類型，正在不斷發展，通過研究其造型設計，確保滿足人民群眾審美需求，使建筑整體美觀性不斷增強【1】。

2.2 結構缺陷

剪力墻結構有一定的優勢，但也受到一些限制。剪力墻間距受限，造成剪力墻結構不適宜較大空間建筑設計，整體設計靈活性較差。而且，剪力墻結構屬建筑主要受力支撐，不得初選拆除、改動，影響用戶進行個性化的裝修改造。另外，剪力墻結構主要使用鋼筋混凝土構建，用量較大，會在一定程度上增加建筑結構的重量。

2.3 結構類型

2.3.1 整截面剪力墻

整截面剪力墻不開洞口，或洞口面積占墻體總面積的16%以下，剪力墻的受力狀態類似于豎向懸臂梁，截面上的正應力以直線形態分布，在沿墻肢高度方向上的彎矩很少出現反彎點，整個變形曲線為彎曲型。

2.3.2 整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻洞口沿著豎向布置，洞口面積占墻體總面積的16%以上，墻肢與連梁剛度較為均勻，仍屬小面積開洞墻體，其受力性能主要考慮整體懸臂。對于墻肢局部彎矩，其軸力要承擔水平荷載作用，墻體自身彎矩較小，彎矩存在突變現象，但不存在反彎點，截面正應力以直線方式進行分布，變形曲線為彎曲類型【2】。

2.3.3 聯肢剪力墻

聯肢剪力墻洞口沿豎向布置，洞口面積占墻體總面積的16%以上，連梁剛度小于墻肢剛度。若存在較大洞口的是雙肢剪力墻；若存在多列洞口的是多肢剪力墻。此類剪力墻結構中連梁會對墻肢產生一定的約束作用。墻肢彎矩存在突變、反彎點，墻肢局部彎矩較大，截面正應力非直線分布，變形曲線彎曲類型為主。

2.3.4 壁式框架剪力墻

壁式框架剪力墻洞口尺寸較大，連梁剛度、強制剛度與墻體結構趨近，這一類剪力墻彎矩在樓層處存在突變，多數樓層會出現反彎點，變形曲線以剪切類型為主。

3 高層及多層建筑剪力墻結構設計應用

3.1 設計原則

高層及多層建筑剪力墻結構設計過程中必須遵循一定的設計原則，確保設計方案的合理性、可行性。具體包括以下3點：

1）剪力墻在高層及多層建筑用于結構分隔、圍護，主要功能是水平抗側、豎向承重，是整個建筑的主要承重結構，其穩定性、質量會對建筑整體產生影響。設計人員可以在剪力墻高度、墻肢方向上增加墻體厚度，或使用混凝土提升其強度和抗側能力。為提升其功能，發揮出剪力墻結構作用，需要保證剪力墻連續，自上而下實現剪力墻延伸，上下層剪力墻形成統一整體，提升剪力墻功能的同時，避免剪力墻剛度變化出現側移，提升剪力墻承重性能，保證墻體穩定性，提升抗震性【3】。

2）剪力墻是高層及多層建筑的承重結構，其設計過程中需要考慮具體受力情況。在進行剪力墻結構設計前，要對墻體進行受力分析，掌握剪力墻使用過程中可能存在的彎曲力、剪力、豎向壓力，結合剪力墻設計要求標準，提升高層及多層建筑剪力墻結構質量及功能。

3）剪力墻墻體結構延性是保證自身穩定性的基礎。剪力墻設計、施工中若墻體過高、過薄，會在連梁應力作用下出現彎曲、拉伸問題，嚴重時會破壞整個剪力墻結構，無法發揮自身作用。在剪力墻結構設計時，必須考慮剪力墻墻體延性，合理控制墻體高度、強度，盡量采用較長的墻體，或將墻體進行分割，減少彎曲、形變方面的問題出現。

3.2 設計應用

3.2.1 確定剪力墻位置

剪力墻是支撐高層及多層建筑的重要結構，設計人員必須制定科學的剪力墻設計方案，明確合理的剪力墻結構在建筑整體區域所處的位置，所制定的設計方案要充分結合項目要求及外部因素進行規劃，綜合考慮自然災害的要素對建筑穩定性的影響，充分發揮剪力墻結構的支撐作用，并給予用戶一定調整格局的空間。受剪力墻結構缺陷的影響，高層及多層建筑施工過程中無法大面積地采用剪力墻結構，合理確定剪力墻位置在高層及多層建筑結構設計中需要重點關注、處理。

3.2.2 處理大墻肢問題

剪力墻結構對延展性有一定需求，墻肢不超過8m，避免因墻肢脆性造成的剪切破壞，此類問題在實際設計工作中需要加以考慮。設計人員為剪力墻設計的大墻肢會出現彎曲問題，對高層及多層建筑穩定性產生不利影響。為降低這種問題的影響，同時確保剪力墻延展性需求，要對大墻肢進行調整，將其分割成均勻、小巧的短墻肢，提升剪力墻承載能力。或與施工方進行配合，進行精確計算為剪力墻體設計延展性孔洞，施工完成后及時進行填充作業【4】。

3.2.3 墻體內配筋設計

剪力墻屬于主要的承重結構，墻體必須堅固結實，而鋼筋是穩固墻體的重要材料。因此，設計人員需要充分考慮墻體配筋方式，保證墻體結構穩定性、安全性，減少墻體所受外力影響、破壞，提升剪力墻抗震性能，改善高層及多層建筑整體質量。同時，配筋率與工程建設成本存在較大關聯，設計人員可以將縱向鋼筋置于墻體內部，在外部使用橫向鋼筋，確保滿足高層及多層建筑設計、施工標準要求的同時，降低墻體配筋總量。

3.2.4 連梁結構設計

連梁是剪力墻房梁與墻體間銜接的重要部件，在設計過程中必須關注連梁結構的密封性、穩定性、剛度、跨高、截面尺寸等參數，充分考慮各處的受力情況，從整體角度對結構設計進行計算，避免影響連梁結構、剪力墻結構質量。若存在剛度折減，實際取值要在0.5～1.0 范圍之內，合理控制折減范圍能夠有效提升連梁結構承載力。在折減值剛度確定后，要對建筑正截受彎承載力、斜面受剪承壓力進行檢驗，若存在問題，可以通過降低連梁高度、減小整體剛度的方法進行調整，確保墻面承載能力及結構安全性、穩定性。

4 結語

高層及多層建筑結構設計工作中，剪力墻結構設計屬于較為關鍵的組分，設計人員必須充分掌握剪力墻受力特性、破壞機理的基本數據，科學地選擇剪力墻布置形式，確保剪力墻結構在高層及多層建筑中合理、科學地應用，進而提升建筑整體建設質量。同時，設計人員要積極更新自身知識體系，多角度考慮問題，積極引進先進設計理念，提升剪力墻結構設計的有效性、可行性，促進高層及多層建筑工程的發展和完善。