剪力墻結構設計要點分析

田 稷

（甘肅省建筑科學研究院（集團）有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種結構在高層建筑中被大量運用。剪力墻的結構主要是由墻肢和連梁這兩種結構組成，并且這兩種結構分別有著不同的抗震性能和不同的建筑剛度，因此，在進行建筑工程結構設計時,為了更好地展現出剪力墻結構的運用價值，設計人員需要有效把控設計的核心要點，以保證剪力墻結構設計可以符合建筑工程建設的整體質量要求。

1 剪力墻結構優缺點

剪力墻結構是建筑物的核心支撐結構，有著顯著的應用優勢，也存在一定的缺陷問題。

1.1 剪力墻結構的運用優勢

（1）剪力墻結構設計科學性較強，且建筑成本較低。在保證剪力墻結構品質，完善建筑功能的同時，可控制工程建設成本。

（2）剪力墻結構的剛度表現優異，結構功能相對完善，可以承載多種類型的負荷。

（3）在建筑工程中，剪力墻結構與分割墻體的結合運用，可有效拓展建筑物內部的可利用空間，使其兼具美觀性與實用性。

1.2 剪力墻結構的運用缺點

（1）由于剪力墻結構的剛度優異，倘若遭遇外力影響，便會展現出自主防御的特性，在相互作用力的影響下會導致結構出現變形情況。

（2）剪力墻結構中的框架設計，會一定程度上造成墻體結構自重的提升，留下一定的安全隱患。

（3）剪力墻施工成本相對較低，盡管可實現工程材料的節約使用，不過整體結構的延續性仍待提升。

2 剪力墻結構的主要類別

2.1 實體類剪力墻

實體類剪力墻是指建筑結構設計中沒有洞口的剪力墻，此類剪力墻的平穩性與負荷承載力較為優異，一般不會產生品質問題。

2.2 小開口整體剪力墻

此類剪力墻設計中留有洞口，洞口通常在剪力墻整體結構約15%的面積以內，這對剪力墻結構的負荷承載能力帶來顯著影響，連梁會產生反彎的情況。

2.3 聯肢剪力墻

聯肢剪力墻結構中設計有面積較大的洞口，這會對墻體結構的完整性帶來顯著影響，無法有效保障剪力墻的負荷承載能力。

2.4 壁式框架剪力墻

壁式框架剪力墻結構的洞口所占面積更為突出，墻體結構所受到的影響也更為顯著，除去梁柱之外，其他交錯區域會產生一定的變形情況，剪力墻結構也接近框架的內力分布，其結構設計有待完善。

3 剪力墻結構設計的原則

3.1 拉通對直

建筑結構設計時，剪力墻中涉及的門窗與洞口需保證上層與下層結構的全面對齊，有效設計好結構的傳力途徑，全面提升剪力墻結構的防震水準。剪力墻結構需沿著軸線拉通對直，并且需全面規避重疊等情況的出現，以保證整體建筑結構功能的完善性與后期使用的平穩性。

3.2 豎向貫穿

豎向剪力墻需保證由上到下，實現總體上的結構貫穿。一般在剪力墻豎向出現變動時，剪力墻墻體厚度也會有一定程度的改變，可借助控制剪力墻單元剛度的方法來控制抗側剛度，規避剛度的突發性變化對抗震性能的影響。

3.3 洞口開設控制

盡管開洞會影響剪力墻的負荷承載能力，不過某些較長的剪力墻結構,需借助開設洞口來分擔墻體所承受的負荷載，洞口之間借助弱梁接入，不過墻肢一般控制在8m 的范圍內,不能太長。

3.4 建筑高度匹配

在剪力墻結構類型挑選時，要合理設計剪力墻結構型式，以匹配建筑整體荷載，規避受力不均衡問題的出現。

3.5 控制墻肢平面的外彎矩

伴隨工藝與材料的持續改進，控制墻肢平面外彎矩的舉措更加多樣化，可借助提升豎直方向墻體體量的舉措，對墻肢平面外彎矩進行全面把控；也可通過提升磚垛體量，來控制梁端所帶來的負荷壓力。倘若墻體截面相對有限，則可規劃成鉸鏈連接的模式，也可有效控制墻肢平面的外彎矩。

4 剪力墻結構設計的要點分析

4.1 墻肢的厚度與長度設計

剪力墻墻肢的長度與厚度，對整體結構的質量及后期穩定性有顯著影響。因此，剪力墻結構規劃設計時，要充分結合工程項目實際情況，從剪力墻結構的剛度層面來考慮，確定墻肢的長度與厚度[1]。一般而言，高層建筑物內部剪力墻結構的墻肢體厚度需要控制在20cm 范圍內，保證與填充墻的厚度相同。高層建筑基礎深埋在抗震設防區，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎的埋置深度（不計樁長）不宜小于建筑物高度的1/18，墻體的整體高度也需在5m 之上，墻肢厚度需要超出填充墻的整體厚度；下墻肢的整體長度不大于8m，下跨的高度需高于6m。抗震墻的厚度需要依據工程建設標準要求來科學規劃，通常而言，倘若抗震性能需要達到一級水準，則其厚度則必須提升到16cm 之上；倘若需要達到四級標準，則墻體的厚度則需至少保證有14cm。

4.2 合理設計剪力墻的配筋

在《混凝土結構設計規范》中有著明確的要求，抗震等級為一～三級的剪力墻，豎向以及水平分布最小配筋率大約為0.25%，某些框支剪力墻底部增進部位的配筋率也需要符合0.3%的標準。在實際工程項目規劃中，若建筑物體量較大，則需要提升水平配筋率，尤其是在梁結構等區域[2]。

4.3 連梁的規范化設計

建筑物內部剪力墻結構中，接入墻肢的便是連梁，在水平負荷載力作用下的墻肢會出現彎曲的情況，導致連梁端部產生轉角，并產生內力，導致墻肢的性能出現一定程度的下降，因此，應從調控墻肢受力模式進行改進。而針對某些未調配連梁的剪力墻結構而言,在規劃設計階段，需要把控以下核心環節[3-4]。

（1）折減連梁剛度。連梁的跨高相對有限，與連梁接入的墻肢剛度突出，在水平力作用下，會出現較大的內力，容易引發連梁裂縫問題，導致總體剛度下降。因此，在剪力墻結構設計中，需合理折減連梁的剛度，針對高層建筑內部結構，需借助彈性剛度來進行研究整體的解析。不過抗震規劃中的剪力墻結構連梁剛度相比墻體較低，所承載的彎矩會較為可觀，配筋無法有效運作。通常情況之下，設防烈度相對較低，可全面控制折減，而相反則會導致折減的增多，不過折減系數要不低于0.5，以保證連梁承載負荷性能的平穩性。

（2）拓寬洞口的寬度。在全面控制連梁高度的同時，提升洞口的整體寬度，可全面控制連梁剛度，同時由于結構剛度的全面下降，也讓地震作用對結構起到控制作用。

（3）增加剪力墻厚度。全面提升高層建筑內部剪力墻厚度，等同于提升了連梁截面的寬度，這不僅會提升結構的剛度，提升地震所引發的內力，同時會讓連梁的寬度與負荷承載力呈現正比關系。若剪力墻的整體厚度提升，在應對地震突發產生的巨大內力時，則不能依據其厚度有效分散到剪力墻，可能會引發連梁抗剪承載力超出標準的情況。所以，在具體規劃中,需要依據工程建設的具體需求,開展有針對性的調控，以切實保證剪力墻的效果，實現建筑整體結構的平穩性。

4.4 墻體的防震加固設計

剪力墻結構的主要構成部分是墻體，墻體是承載壓力的基礎。在墻體設計中，要嚴格依據國家標準，開展鋼筋配比計算，需要對縱向和橫向的承載能力進行系統化驗算，使鋼筋調配比例達到標準的防震需求[5]。同時，在建筑抗震結構設計中,剪力墻的傾斜力矩比例應控制在40%范圍內，在地震力作用之下，可通過扭轉作用，將地震的負面影響控制在較低的范圍。依據工程建設標準，橫梁剪切需高于2.5 的基礎標準；同時，要特別把控好實際的跨度標準，在跨高比超出6 時，接頭的剛度會受到顯著影響，導致剪力墻出現超負荷承載力情況。因此，也應全面作好跨度設計。

5 結束語

隨著建筑工程項目建設規模及復雜程度的擴大，對建筑的功能性要求也隨之提升，設計人員應積極學習先進經驗，結合實際應用，在剪力墻結構設計工作中開展持續的優化與創新，從而提升剪力墻結構的質量與安全性。未來在剪力墻結構設計時應從以下兩個方面做好優化工作。

（1）剪力墻結構的延伸特性對結構的整體性及耐久性有明顯影響，在未來的剪力墻結構設計中，需進一步明晰建筑物承載負荷標準的要求，深化剪力墻的延伸性，以提升剪力墻設計的科學性。

（2）剪力墻結構設計中，需要進一步分析和規避影響墻體性能和質量的因素，以提升剪力墻的整體強度及性能，保障剪力墻結構在建筑工程項目中的應用價值得到最大化體現。