分析剪力墻結構設計與建筑結構設計的融合

王艷梅

（山西華鼎建筑設計有限公司，山西太原 030000）

1 剪力墻結構設計定義

1.1 剪力墻結構設計

剪力墻（shear wall）又稱抗風墻或抗震墻、結構墻。房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體。剪力墻結構作為一種結構形式，是指由剪力墻同時承受豎向荷載和水平作用（風荷載或地震作用）的結構。其墻體構成是一種以鋼筋混凝土板為主，通過拼接與組裝或者現場澆筑完成實際建設，為保證其承重能力，裝配式剪力墻安裝中不但要考慮其安裝設計的位置，還需要進行建筑整體結構的分析計算[1]。以此保證建筑的和諧性與穩定性。

裝配式剪力墻代替現場制作的鋼筋混凝土墻體，通過組裝的形式承擔建筑的承重需求，在荷載作用力之下，其可能會產生相應的內力，位置的設計以及墻體的厚度都可能對承載的質量產生影響。雖然該種結構具有一定的優勢，但是在長時間使用的環境下，也可能會產生一定的影響，縮短建筑壽命[2]。剪力墻結構抗震設計中，地震傾覆力對建筑使用壽命產生一定的制約，地震傾覆力如大于結構承載力，剪力墻數量如果較少，設計人員應適當減少傾覆力矩，或增加剪力墻數量。

剪力墻根據墻面開洞大小情況，分為整截面墻、整體小開口墻、聯肢墻和壁式框架。其中聯肢剪力墻應用普及度較高[3]。圖1 為聯肢墻結構。

圖1 聯肢墻結構

聯肢剪力墻：該種剪力墻結構是沿豎向開有一列或多列較大的洞口，可以簡化為若干個單肢剪力墻或墻肢與一系列連梁連接起來組成。受力特點：連梁對墻肢有一定的約束作用，墻肢局部彎矩較大，整個截面正應力已不再呈直線分布。

剪力墻實際的使用中，墻體洞口的承載力分析中，部分存在受力能力較小的情況，如無其他因素影響，建筑設計穩定性能夠獲得相應的保障，為防止意外出現，還需進行各種異常情況的分析與查找，促使建筑墻體達到安全系數標準[5]。

1.2 剪力墻設計的分類

就目前我國建筑結構設計中剪力墻的實際應用來說，剪力墻的使用需要根據實際使用上的需求展開分析，具體包含建筑設計方面的需求以及實際建筑中氣候環境、地質情況等方面內容判斷[6]。

（1）在部分建筑中，如果建筑支撐性需求較低，可以采用以正面墻體設計實現抗剪力的作用。在整體剪力墻設計的標準中，墻體的使用標準容錯率較高，85%以上的墻體都滿足實際使用的需求[7]。實際設計中，設計人員需要將其變形與彎曲等方面的情況進行考慮，并通過相應的手段保證剪力墻的應用質量，具體可按照實際需求將外包線設計建設成拋物線形狀的設計。

（2）剪力墻在展開設計的過程中，孔洞開設是剪力墻設計中的一部分，孔洞分布數量占到剪力墻數量的一半，分布形狀需要保證其均勻性，以帶狀為主，通過強化墻體雙肢建設方面的工作，以維持建筑體的穩定性。

（3）除此之外，整體抗剪性可以通過四邊框的形式進行，由于剪力墻存在易變性等方面問題，實際建設中需要增加連梁的引入，以保證建設中各方面的需求得以滿足。

1.3 剪力墻結構設計存在的優缺點

剪力墻結構的特點可從優點與缺點兩方面展開。

1.3.1 優點

（1）剪力墻結構的整體性好。

（2）剪力墻的剛度方面，剪力墻結構側向剛度大，在水平力作用下側向位移小，承載力要求也比較容易滿足，其側向變形為彎曲型。

（3）剪力墻結構設計中，建筑結構設計得以完善，二者相結合可保證承重墻與非承重墻體質量，保證內部空間分割的靈活度，完善建筑布局[9]。同時，為購房者提供更多種空間布局選擇，實際的格局改造中，建筑使用者也根據空間上的需求加以整改。

1.3.2 缺點

剪力墻結構的缺點也較為明顯，涉及以下4 個方面。

（1）因為剪力墻結構的承重能力較好，但是在實際應用中需要密集分布，以保證建筑的穩定性，建筑的空間靈活性難以保證。

（2）剪力墻結構的設計中，延展性較差，以建造小房間為主，住宅、賓館、宿舍等建筑為主[10]。

（3）就當前技術來說，剪力墻結構的應用在承載能力方面仍舊有一定的提升空間。

（4）相較于其他施工技術，剪力墻結構可以對材料使用數量進行規劃控制，耗費的成本也在一定程度上得以控制，進而達成施工材料成本降低的目標。

2 建筑結構設計中剪力墻結構設計需要遵循的原則

2.1 最小剪力系數調整原則

為避免剪力墻自重因素對建筑結構產生一定的影響，剪力墻的使用數量需要在一定程度上進行控制[11]。建筑結構自身的重量與建筑結構的承重能力息息相關，尤其是在面對各種外部環境產生的影響中，建筑的居住功能可能會受到影響，具體的危險因素包含地震、洪水等自然災害等。

剪力墻截面厚度是影響剪力墻的重要因素，當前，房屋剪力墻的厚度設計與剪力墻的面積與形狀有關，其中一字形剪力墻厚度需要控制18cm 左右，且普通剪力墻的厚度也應在16cm 左右，設計人員需要根據剪力墻設置的位置以及實際承重需求進行標準方面的選擇。與此同時剪力墻的整體長度需要控制在8m 以內，如超出該標準，需進行其他形式的固定與安裝，以保證其穩定性[12]。

2.2 連梁超限調整原則

剪力墻實際的設計與施工之中，相關人員需要加強考慮剪力墻的跨高問題，由于該種問題出現的頻率較高。因此，剪力墻的設計主要是提前對連梁跨高進行合理調整，明確相應的高度范圍，進而展開施工建設。

若剪力墻的跨高比在5.5 左右，需要對其引起高度重視，剪力墻連梁高度被固定在標準值之間，保證其穩定性，防止出現波動。其承載力以及彎矩計算方面，也應將其控制在相應的范圍之中，提升剪力墻結構設計質量。

2.3 最大位移比例調整原則

建筑結構中，建筑質量與其實際的高度相關，在層高控制能力方面，如果其為高層建筑，且處于外部影響因素較多的環境下，設計人員需要將剪力墻結構的因素加以考慮，尤其是在實際的建筑結構范圍之中，樓層的最大彈性空間位移值的計算。在建筑物剪切彎曲處置需要參照一定的結構構件數量進行控制，在剪力墻結構的設計中，如果結構構件數量超出相應的標準，建筑結構的質量就難以保證，剪力墻結構剪重比例也會隨之上升。

3 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的具體運用策略

3.1 合理的確定剪力墻在建筑結構中的位置

剪力墻結構墻體平面位置在進行確定的過程中，設計人員需要從多個方面進行考慮，保證從細節處出發，以優化建筑的各個細節，為之后的建筑設計優化做出準備，具體流程如下。

（1）確定剪力墻位置，保證其合理性.剪力墻平面布置應盡可能均勻、對稱、周邊化，盡量使結構的剛度中心和質量重心重合，以減少扭轉，加大結構的抗扭剛度。一般可控制二個方向的結構周期、層間位移角等相差不宜超過20%。該項工作具體的著手處理需要從建筑整體結構出發，全面分析剪力墻設計中各結構的分布情況保證其位置的科學性與合理性。對剪力墻的特點研究后發現在剪力墻結構未知的研究中該項設計的地位較為重要，設計人員需要確定實際應用的位置，以免出現濫用情況，最終導致成本上升。與此同時，在建筑設計的整體中，保證剪力墻設計的位置與整體建筑結構位置的契合性，是實現建筑結構設計整體科學性的重要實踐。

（2）建筑結構穩定性保證，平衡問題至關重要。若想在一定程度上保證建筑整體結構的平衡問題，在剪力墻的設計中，目前的設計結構以對稱性的設計結構為主，這是保證建筑結構穩定性的重要研究之一，這對建筑設計師的專業水平要求較高，不但需要設計人對剪力墻結構設計的性能有所了解，還需要其從整體的角度出發，保證建筑節能設計的合理性。

（3）建筑設計以實用性為主，美觀度為輔。建筑結構設計中，設計人員首要的設計觀點就是需要保證其實用性，著重于突出剪力墻結構的優勢。對于建筑整體結構設計來說，建筑結構設計是一種重要的結構受力設計，在具體工程結構設計的過程中，相關人員可以通過簡化設計內容較為復雜的部分，完成建筑結構的設計的優化，且其不能過度地發揮剪力墻自身的優勢，以防止建筑結構設計受各種細節問題的影響。

3.2 針對剪力墻的大墻肢進行設計處理

一般來說，大墻肢的處理是保證建筑結構優化的重要事件，具體的處理形式如下。

（1）避免強制呈現脆性，減少剪切破壞的情況出現。在避免剪切受到破壞的實踐中，設計人員主要的工作方式就是在剪力墻設計的工作中通過短墻肢代替大墻肢，具體的調節方式為設計人員在實行設計的環節中對相應的施工洞采取預留的形式，保證支護結構調整的靈活性，具體地填充工作可以在實際施工之后進行。

（2）適當提升墻肢的配筋數量。墻肢在剪力墻結構中的應用中，其優點主要凸顯無須設計人員關注其受力情況，通常不需要鋼筋的使用予以補充，進而減少鋼筋材料購入的數量，達成開發商成本控制的目的，但是其在建筑結構穩定性方面會呈現弱化現象，尤其是在地震頻繁的區域，建筑的抗震能力至關重要。

3.3 完善剪力墻連梁結構的設計

剪力墻結構設計中，連梁結構設計是建筑剪力墻設計的重要工藝之一，其對于剪力墻中各關節連接方面的需求能夠予以滿足。在具體的實踐中，含有大量的因素都能對連梁結構跨高比以及截面尺寸造成相應的影響。實際應用下，對建筑整體結構質量提升發揮著重要價值。其中，連梁設計結構的跨高作為設計中最重要的關卡，需要設計中各方人員引起重視，首先進行科學合理的設計，進而保證設計的質量控制，以免規格上的問題凸顯，連梁超限情況出現。

3.4 確定剪力墻結構邊緣構件合理數量

在剪力墻完成布置的環節，所涉及人員需要確定剪力墻邊緣構件的固定原狀，保證其安裝的規范性。剪力墻邊緣構件的設置至關重要。其主要目的就是為了增加墻體的延性，提升耗能能力，進而在一定程度上保證結構構件的抗震需求，剪力墻邊緣構件的設置中，設計人員通常采用剪力墻中安裝暗柱或是端柱的形式保證其結構的完整性與穩定性，安裝位置通常在墻肢平面的端部、轉角以及剪力墻開較大洞口兩側的位置。

4 結語

綜上所述，由于人們對于建筑形式、風格、結構等要求不斷提升，設計人員的專業技能提升勢在必行，剪力墻結構在建筑結構中充當著重要角色，包含建筑的穩定性，抗震能力提升，設計人員需要充分的了解當前建筑的特點合理地進行剪力墻的設計，保證建筑剪力墻的優勢被有限放大，做好質量控制多方面的努力。剪力墻結構設計中，建筑結構中的位置劃分與控制需多加計算與關注，并針對剪力墻的大墻肢設計處理、剪力墻連梁設計完善、確定剪力墻結構邊緣構件合理數量四個方面展開，一起為之后的建筑設計方案完善提供建議。