建筑工程结构设计中的剪力墙设计分析

闫 锐

国粮武汉科学研究设计院有限公司

剪力墙结构之所以能够在建筑结构设计中得到非常广泛的应用，还是要从结构体系上的很多优势说起。剪力墙结构整体性好，侧向刚度大，承载力高，弹塑性变形能力大，具有良好的抗震性。从历次地震中的结果来看，剪力墙结构的震害比框架结构轻得多，由于变形能力不足或承载力不足而导致倒塌的剪力墙结构极少。当然，并不是所有的建筑结构都要用到剪力墙结构，设计者需要严格按照建筑设计要求和特点，进行剪力墙结构的应用分析和规划，才能确保其良好的应用效果。

1 剪力墙的概念

剪力墙是建筑中主要承受风荷载以及地震等原因引起的水平荷载的墙体。因而，剪力墙也被称为抗风墙、抗震墙以及结构墙。剪力墙的功能是防治建筑遭受水平剪力的破坏，并能较好地保障房屋和建筑的坚固性，通常使用钢筋混凝土用来制作。按照不同的施工方法，剪力墙也被分为了不同的众多种类，例如混合结构剪力墙、框架结构剪力墙、框桶筒结构剪力墙等，由于其自身具有的抗侧刚度大的特点，在国内的建筑行业得到了广泛的应用。剪力墙可以承受来自水平和竖直两个方向的力，一方面是因为其使用钢筋混凝土作为材料来制作；另一方面，在设计剪力墙结构的过程中，主要是以满足剪力墙可以承受水平和竖直两个方向的力的要求来进行设计，其结构含有竖向的钢筋混凝土墙板，水平方向则具有钢筋混凝土的大楼板。这样的结构整体称为剪力墙结构，因而具有较好的刚度和抗震性，这也让剪力墙在建筑结构中常常被使用。

2 剪力墙结构设计原则

(1)剪力墙结构设计应在建筑主要轴线方向上，这是由于剪力墙尤其是发挥抗震功能的剪力墙其需要承受垂直和水平两个方向上的力，沿建筑主轴分布能够使多个抗侧刚度接近，即使多个自振周期接近。(2)剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。(3)高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。在短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。

3 建筑工程剪力墙结构设计要点

3.1 设计剪力墙结构的方法

设计剪力墙结构的方法包括：①基础方案设计。在进行设计建筑结构的时候，剪力墙的基础结构设计是十分重要的，设计人员应当参照整体的建筑设计方案，进行循环的论证的过程时，要依据实际情况，找出最为合适的剪力墙结构。在考察项目中，不仅要考虑建筑本身的结构和设计，还要考虑建筑所在地区的水文情况和地质条件；②墙体承重结构设计。在考虑墙体承重设计时，设计人员应当充分了解相关的政策和要求以及施工数据和实际施工水平，进行整体的剪力墙的承重构件设计，确保建筑结构的整体受力能力和质量，并优化建筑技术和腔体设计结构，更精准的计算墙体的承重大小和方式。

3.2 墙肢截面厚度

剪力墙的厚度变化呈现阶段性的规律。阶段性即均匀平衡，连续不折断。阶段变化的范围最大是100m，最小是50m，严格控制在这一范围以内，才能使结构不发生变形。剪力墙的材料是混凝土，在混凝土的强度等级发生变化楼层时，此楼层要避免进行剪力墙的厚度变化。高层建筑在底部的剪力墙一般厚度大，当剪力墙的厚度超过400mm时，如果仅采用双排配筋，会形成中部大面积的素混凝土，使得剪力墙的的截面应力不均匀，所以厚度超过400mm的剪力墙，需要配置三排或四排钢筋。

3.3 剪力墙结构连梁

剪力墙结构中连梁是作为连接剪力墙平面内的梁，它不仅能够连接墙肢，还能够有效的约束墙肢。在设计连梁的时候，因连梁的刚度很大，普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件，所以对连梁进行区分，按不同的形式分别设计。①跨高比大于5的连梁，此类连梁受力情况和框架梁类似，即按照框架结构中的框架梁进行设计即可。②跨高比小于5的连梁，尤其是住在、旅馆等剪力墙结构的建筑中的连梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在侧向力的作用下，这些连梁容易出现剪切斜裂缝。对于跨高比小的高连梁，可以设置水平缝，形成双连梁或者多连梁，实现弯曲破坏。当连梁宽度较大的时候，除了设置普通箍筋以外，还可以增加交叉暗柱或者设置斜向的交叉构造钢筋来改善连梁的受力性能。楼面梁支承在连梁上时，连梁产生扭转，一方面不能有效约束楼面梁，另一方面连梁受力十分不利，因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时，次梁端部可按铰接处理。

3.4 其他要点

剪力墙要避免洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚(否则应按框架柱设计)，并用暗柱加强；控制剪力墙平面外弯矩，应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩；同时在设计剪力墙时应当考虑到建筑施工的人力成本和资源成本问题，尽可能将资源进行合理有效的分配，使资源利用率最大化。

总体来说，剪力墙结构设计已经在建筑结构设计中得到了非常广泛的应用。但从具体的应用情况来看，目前剪力墙设计应用还存在诸多问题需要结合工程实际情况加以解决。所以在进行剪力墙结构设计时一定要结合工程的实际情况合理应用，设计人员不可以脱离设计要求和原则，把握住要点，在保证安全的前提下，努力减少成本，才能使各方获得最大的收益。

[1]李艳霞.建筑结构设计中剪力墙结构设计的使用研究[J].建筑知识，2016，36(14)：25-26.

[2]王俊飞.论剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].山西建筑，2016，42(05)：66-67.