剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析

高新年

（山西省高質量轉型發展研究院，山西太原 030002）

0 引言

隨著現代社會的發展和進步，建筑技術水平也在不斷提高，建筑的形式和風格更加多樣化，建筑物的受力、承重等情況會隨著建筑結構的變化而發生改變，使建筑物中的構件發生損壞的概率大大提高，進而對整個建筑的安全產生影響。剪力墻結構的應用有效改善了高層結構建筑物中的受力不均問題，并提高了建筑的抗震、抗風能力，為建造多元化、多樣性建筑提供了支持，因此，在行業內受到了廣泛好評。

1 剪力墻結構概述

1.1 剪力墻結構的概念和優點

剪力墻結構是指用鋼筋混凝土剪力墻代替框架柱，使墻體具有承受豎向和水平荷載的能力，從而增強建筑物的抗風和抗震能力。剪力墻結構在平面內強度高、剛度大，表現出的優秀的穩定性，使建筑整體的穩定性大大提升，因而被廣泛地應用在高層建筑中。剪力墻結構因經濟性強，應用效果好，符合大眾審美需求，在高層建筑結構中發揮的作用越來越大。

1.2 剪力墻結構的缺點

剪力墻在建筑物或構筑物中扮演著重要的承載角色，并且能有效的分割和維護空間，因此，剪力墻結構的設計應同時滿足結構和平面雙重布置的要求。相比常規的框架結構，剪力墻結構的抗側力性能更加突出，但其結構中也存在一定缺點。剪力墻的間距限制性較強，無法在空間較大的建筑設計中充分發揮作用。剪力墻結構本身質量高、靈活性差，多應用在公寓、住宅等小空間建筑物中，并且在建筑中承擔著主要支撐受力的作用，不能對其進行隨意改動和拆除，限制居民的個性化空間需求。

1.3 結構分類

1.3.1 壁式框架剪力墻

壁式框架剪力墻的墻肢剛度和連梁剛度接近于墻體結構剛度，并且擁有較大的洞口尺寸，此種剪力墻彎矩會在樓層處存在突變，并且大多數樓層中有反彎點出現，變形曲線主要表現為剪切類型曲線[1]。

1.3.2 整截面剪力墻

顧名思義，會最大限度的保留剪力墻的完整度，不開洞口或洞口面積很小。該種剪力墻在受力時，截面上會以直線形態分布正應力，極少情況下會有反彎點出現在墻肢的彎矩中，變形曲線主要表現為彎曲型[2]。

1.3.3 整體小開口剪力墻

該種剪力墻會沿豎向設置洞口，洞口面積雖大于正截面剪力墻洞口面積，但仍是小面積開洞墻體的一種，整體懸臂對受力性能的影響較大。墻肢本身彎矩較小，有突變可能，但沒有反彎點，正應力也是以直線形態分布在截面上，變形曲線表現為彎曲型[3]。

1.3.4 連肢剪力墻

這種剪力墻在豎直方向上設有洞口，開洞面積大，并且墻肢的剛度大于連梁的剛度。如果墻體上有多列洞口，則為多肢剪力墻。如果洞口數量少且面積大，則為雙肢剪力墻。連肢剪力墻中的連梁會在一定程度上約束墻肢，墻肢的彎矩會發生突變，并有一個反彎點，墻肢局部會產生較大的彎矩，截面中的正應力分布形式非直線形態，變形曲線主要為彎曲類型。

2 剪力墻設計的應用

2.1 設計原則

為確保剪力墻結構設計的科學性和可行性，在建筑結構設計中應用剪力墻結構時，應滿足以下三點原則：

（1）明確剪力墻結構的重要性。剪力墻在建筑結構中起到圍護、分割結構的作用，豎向上承受荷載作用，水平上對抗側移，對整個建筑來說，是主要的承重構件，剪力墻結構的質量會直接影響建筑的整體質量。在實際建造過程中，設計人員可按需求適當增加剪力墻的高度或厚度，或提高混凝土強度加強其抗側能力。為保障剪力墻能充分發揮其功能作用，應保證剪力墻的設計自上而下連續、延伸、不中斷，讓上下層剪力墻構成一個整體，既能加強剪力墻的承重能力，又能有效規避其因剛度變化出現側移，使墻體的穩定性和抗震性得到保障。

（2）應充分考慮設計的科學性和合理性。由于剪力墻多被用作高層建筑的承重結構，所以在設計時應充分考慮其承重受力情況。應預先對墻體受力進行分析和試驗，全面了解剪力墻在投入使用后，可能受到的豎向壓力、剪力和彎曲力等，結合相關設計要求，優化剪力墻結構質量，保障高層建筑質量。

（3）保證剪力墻結構擁有良好的墻體延性。在實際建造中，若剪力墻的高度和厚度不達標，會使墻體在連梁應力的作用下產生變形，可能出現拉伸或彎曲現象，甚至會影響整個剪力墻結構的功能，所以，剪力墻機構的設計必須充分考慮墻體延性，嚴格把控墻體的高度和厚度，盡量規避彎曲或變形等現象[4]。

2.2 設計應用

2.2.1 明確剪力墻位置

由于剪力墻結構在建筑物中起著關鍵性作用，因此在設計剪力墻時，應首先明確剪力墻在建筑整體中的位置，最終方案應滿足整體的建筑要求，充分考慮各種自然災害可能給建筑結構帶來的影響，使剪力墻既能發揮承重作用，又能給住戶一定的調整空間。

2.2.2 科學處理大墻肢

上文中提出剪力墻結構的設計應保持良好的墻體延性，但墻肢不應超過8m，規避因墻肢脆性影響變形。在實際工程中采用過長的墻肢，可能使墻體出現彎曲現象，影響建筑的穩定性，設計人員可對大墻肢進行科學地處理和調整，將其分割成均勻的小墻肢，通過墻肢拼接提升整體承載力，或通過精確的計算，在建立墻體上開鑿延展性孔洞，完成整體施工后再對孔洞進行填補[5]。

2.2.3 合理配置墻體鋼筋

作為重要的承重結構，必須保證剪力墻墻體的強度，設計人員應充分考慮墻體內鋼筋的配置方式，提升剪力墻結構的穩定性和安全性，盡量減少外力對墻體完整性的破壞，保證墻體具有高強度抗震性能。墻體內鋼筋的配置率會影響成本，為了在保證性能的前提下實現經濟效益最大化，設計人員可以在墻體內部設置縱向鋼筋，墻體外部設置橫向鋼筋，使剪力墻的強度符合建筑要求，又能減少配筋數量，節省施工成本[6]。

2.2.4 連梁結構設計

連梁是銜接剪力墻墻體和房梁的重要構件，在設計連梁時，應充分考慮連梁結構的穩定性、密封性、跨高、截面尺寸、剛度等數據，精確計算各處受力數據，對連梁的整體結構進行反復核驗，最大限度降低因連梁設計不合理對剪力墻結構質量的影響。若需折減剛度，折減值應在0.5～1.0 之間，通過合理地控制折減范圍提升連梁的承載力。

確定折減值的剛度后，請檢查建筑物斜截面的受剪承載力和正截面受彎承載力，如果檢查結果不符合標準，可以調整連梁的高度和整體高度，以確保承載力符合標準和整體結構的穩定性和安全性[7]。

3 設計剪力墻結構時應注意的要點

剪力墻結構設計的科學性和合理性對保證建筑的穩定性來說具有非常重要的意義，以下簡單整理了三點在設計中應注意的要點，其他優化策略還需設計人員根據實際情況靈活調整。

（1）由于建筑的結構和風格越來越多變，建筑中的剪力墻結構也會有形式、建設上的差別，剪力墻結構承受的水平和豎向的荷載壓力、荷載分布、整體剛度也會千差萬別。為了使剪力墻能均勻分散所受荷載，應按相關建筑規定科學設置剪力墻厚度，墻肢截面高度值為厚度值的8 倍以上。

（2）剪力墻結構的外形也會在一定程度上影響的穩定性，目前常見的剪力墻結構外形多為T 型或L 型，這兩種結構能有效降低自身重量，減少自身體積，提升側向剛度，并且能大幅節約成本。

（3）剪力墻結構的穩定性和各種構件的質量息息相關，除對連梁、內筋、墻肢的質量進行控制外，還應控制暗柱、翼墻和端柱等邊緣構件的品質，根據實際建筑要求，合理增加邊緣構件的截面尺寸，保障剪力墻結構的整體剛度，規避層間位移現象。

4 結語

綜上所述，由于人們對建筑形式、風格和結構的要求不斷提高，使從業人員的建筑水平不斷接受考驗，剪力墻結構在高層或多層建筑結構中扮演著重要的承重、抗震、抗風角色，設計人員應充分地了解剪力墻的受力特點和受損機理等數據，合理地設計剪力墻布置形式，保證剪力墻結構的功能能在建筑結構中得到充分地發揮。同時，設計人員應不斷為自身充電，更新自身知識儲備，提高自身設計水平，更加全面的考慮問題，彌補剪力墻結構的缺陷，促進我國建筑行業不斷發展和進步。