试论建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用研究

杨媛媛

（天津市新型建材建筑设计研究院 天津 300384）

引言

在建筑结构设计中，剪力墙结构由于其自身独有的优势，被广泛应用。如果这种结构设计科学合理，得到恰当的运用，那么不仅能够缩短建筑施工时间，而且还能延长建筑的使用时间。虽然剪力墙结构优势独特并应用广泛，但是并不是所有建筑都适合选用这种结构，此外，目前剪力墙位置、尺寸等方面的设计都还没有形成相应的规范，仅仅只是靠设计师的实践经验来设计，这使得剪力墙结构存在一定的安全隐患。设计者应结合实际情况，综合考虑各种因素，进行优化设计，最大程度的发挥剪力墙结构的作用。

1 剪力墙结构的基本概述

1.1 剪力墙结构概念

剪力墙结构又被称为抗风墙、抗震墙或者结构墙，是一种剪力墙体，它实际厚度较小，但建设规模较大，主要采用钢筋混凝土板来代替传统框架中的梁柱，承载外界的各种压力，自身所具备的承受能力较高，与柱子的受力程度不相上下，并能够控制结构的水平力。剪力墙结构是建筑物主要的支撑结构，不能被拆除或无法被轻易破坏，承受的压力主要是外界风力或地震等自然灾害引起的水平荷载，抵抗来自外界的破坏，在一定程度上提升建筑的稳定性和安全性。根据墙体开洞的情况，通常将剪力墙分为双肢或多肢型剪力墙、壁式框架剪力墙等类型[1]。

1.2 剪力墙结构的优点

剪力墙结构有稳定性高、经济实惠、美观大方三大优势。稳定性高是指剪力墙结构拥有相对较大的刚度，承受力较高，能够抵挡住来自外界的各种荷载，尤其是水平荷载，支撑效果良好。它的存在极大地提高了建筑物的稳定性，这也是剪力墙结构最为重要的作用。经济实惠是指剪力墙结构采取混凝土浇筑的方式，减少了用钢量，在很大程度上节省了成本投入。这一优势对很多施工单位有较强的吸引力，这也是它能被广泛应用得原因之一[2]。随着经济的发展，人们越来越注重生活品质，对建筑不仅要求安全可靠，还要求美观舒适。而剪力墙结构的出现则很好的满足了人们的这一需求。剪力墙结构将建筑物内部的分隔墙与承重墙完美的结合在一起，尤其是隔断墙的结构设计，在一定程度上增加了建筑物内部空间，不但增加了使用功能，而且美观舒适。

1.3 剪力墙结构的缺点

剪力墙结构虽然有很多优点，但也存在一些问题阻碍着其进一步发展。①与框架结构相比，自重较大。剪力墙结构采用混凝土浇筑的方式，自身的重量比较大，它的存在使得建筑物的重量和负担也会增加，这对建筑承重和承压能力提出了更大的挑战。②延续性差。剪力墙结构材料主要是混凝土，钢筋配比比较小，虽然节省了钢材，但是使得结构延性变小，承载力的优势不能充分发挥，而且施工程序因此更加复杂，增加了建设的难度[3]。

2 剪力墙结构设计的原则

2.1 墙体延性

延性的大小直接影响到剪力墙结构的稳定性，所以设计人员在进行剪力墙结构设计时一定要注重墙体延性这一方面。在建筑结构设计中，剪力墙如果过高或过细，在荷载力的影响下很容易被拉伸或者弯曲，遭到破坏并且难以修复。因此，在进行结构设计时，尤其关于高层建筑的结构设计，一定要科学把控好剪力墙的长度与高宽比。长度比尽可能的控制在9m以内，高宽比高于2m。如果无法避免使用较长的墙体，应该采取措施增强墙体的延性，比如设置好翼缘，把整个墙体分割成多段均匀墙段，形成一个联肢墙或多肢墙[4]。

2.2 调整最小剪力系数

剪力墙结构缺点之一就是自身重大，增加了建筑的负重，不利于建筑的稳定性，所以针对这一不利之处，设计人员在进行设计时，应该尽可能的减少构件和框架的布置，进行大开间剪力墙结构的布置。采取这种方式布置，可以使其侧向荷载、刚性强度发挥最大作用。除此之外，设计人员还应该结合实际情况，尽可能的让剪力墙的系数较小，确保系数在相关规定的极限范围内。同时，剪力墙承受的外部冲击力和建筑整体底部承受的冲击力之比一定要控制好，不可超过1∶4。这样不仅减少了剪力墙所承受的压力，也在一定程度上缓解了建筑的自重压力，既能节省成本的投入，又能增强建筑的抗震能力和稳定性。

2.3 调整连梁超限

在剪力墙的设计中，设计人员必须要重视剪力墙的跨高超限问题，这一问题在结构设计中经常出现。如果剪力墙的连续跨高比过小，弯曲力和剪力就会过大，容易导致建筑出现断裂情况，存在很大的安全隐患。所以，在进行设计时一定要对连梁跨高进行合理调整，控制在一个科学合理的范围内，以防弯曲力和剪力处于异常状态。根据相关规定，一般剪力墙结构的跨度比控制在不小于2.5的范围内，当跨度比小于5时，不能拆除连续梁，同时要保证剪力墙的连梁刚度处于平稳状态。在进行设计时，一定要结合实际情况，综合考虑，不能只是一味地按照规定设计，忽略了其他因素。

3 剪力墙结构设计在建筑结构中的应用

3.1 平面布置

根据剪力墙设计的原则及要点，在对剪力墙的平面布置时，要符合均匀对称的要求，确保两大中心即刚度中心和质量中心能够重合，增强结构的稳定性。内在剪力墙和外在剪力墙要尽量拉直或者延伸，这样可以避免一些不平衡力的出现。除此之外，在进行抗震结构设计时，最好对剪力墙进行双向或者多向设置，以便于更大程度上发挥剪力墙的功能作用。同时，还要重视剪力墙结构抗侧力刚度的设计。结合实际，根据相关的计算公式精确地算出抗侧力刚度数值，避免抗侧力刚度过大导致墙体的自身重力上升以及产生过大的震力，不仅增加建设的成本投入，还影响建筑的稳定性和可靠性[5]。

3.2 合理布置剪力墙结构

剪力墙结构在整个建筑结构设计中占据十分重要的地位，在建筑的抗震能力及承受外在负荷方面发挥重要作用，所以一定要合理布置剪力墙结构。在进行布置的时候，一定要按照规定要求进行，对其进行规则性布置，考虑周全，建筑竖向承载构件的布置和建筑结构的对称性都要考虑在内。除此之外，在进行布置时，慎重的选择短肢的剪力墙结构，避免出现独立的小墙肢，可以采用合并洞口的方式对剪力墙进行布置，尽可能的降低建筑复杂程度[6]。剪力墙一般都设置在建筑物的角落部位，为确保建筑的安全性和稳定性，在楼梯间、电梯间处的墙体也要设置一部分剪力墙，剪力墙尽量在一条直线上，避免出现短肢剪力墙。

4 结语

剪力墙结构在建筑结构设计发挥着重要的作用，直接关系到建筑物整体结构的稳定性、安全性和可靠性。由于其自身所具有的独特优势，在建筑行业内被广泛应用。所以在进行建筑结构设计时，一定要重视剪力墙结构。设计人员在设计剪力墙结构时，应结合建筑实际情况和设计要求，掌握剪力墙的设计要点，综合考虑，及时处理好可能存在的问题和缺陷，在最大程度上发挥剪力墙作用，保证建筑物整体质量，进而推动我国建筑行业的进步与发展。