民用建筑中剪力墙结构设计要点探析

刘斌

中国瑞林工程技术股份有限公司 江西 南昌 330000

1 前言

为了能够充分地将剪力墙的作用发挥到实际的民众生活当中，提高民用建筑的承载能力和抗震效果，做到真真正正的防风减震，成为灾害中微薄生命的“避风港”，就需要每一个设计师考虑多方面的因素，贴合实际可行性来制作出科学、精确、合理的剪力墙结构方案，以此在维持建筑设计经济性和安全性的客观情境下，设计出美观的、真正符合民用价值的民用建筑。而现阶段，随着现代社会的发展、人们生活水平的提高，以及社会基本矛盾的转变，人们对于建筑设计的要求也有所提升，现代建筑不在只是一个维持生活必须的住所，而是在人们遇到困难之后心灵的归处。因此，本文顺应时代潮流发展倾向，就结合剪力墙的相关介绍，对剪力墙结构进行分析，从而归纳出设计剪力墙的结构要注意的各方面要点。

2 剪力墙的有关概述

2.1 剪力墙结构内涵

根据受力特点来分类，建筑中的墙可以分为承重墙和剪力墙，承重墙主要以承受竖向重力荷载为主，比如砌体墙，而剪力墙主要是以承受水平压力荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用产生，因此剪力墙，又被广泛称为抗风墙、抗震墙等[1]。剪力墙主要是由使用钢筋混凝土建筑而成的，其高度和宽度一般都是和一整个建筑物的高度和宽度相同的，可以做到有效防止房屋结构在外来物冲击下受到破坏。

理论上，剪力墙分为平面剪力墙和筒体剪力墙两种，平面剪力墙更适用于钢筋混凝土框架结构，又或者是无梁楼盖体系等类似体系中。为增加结构的稳定性和安全性，以及防坍塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。现浇或预制的剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，这时的整体性会比较好。而筒体剪力墙则用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中，由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成，筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体，其刚度和强度较平面剪力墙可承受较大的水平荷载。

2.2 剪力墙结构特点

（1）剪力墙适用于分隔户型较小的建筑中

剪力墙的运用一般都存在于学校宿舍楼、员工宿舍、医院住院部、酒店、宾馆等分隔房间较多、户型较小的民用建筑当中，这是因为剪力墙所承受的横向刚度很大，同时受到的水平力的也非常大，所以，为了将建筑高度加大、层数增多，许多建筑师都会运用剪力墙来维持建筑平衡，将本来的大空间分割成小房间，以此达成建筑高楼大厦的目的。不仅如此，将大空间进行分割，还可以增加剪力墙的利用度，若是能够做到合理把控墙体之间的距离，可以使得剪力墙结构的优点发挥最大作用，从而减弱建筑所承受的横向刚度，或者是水平力，这对于抗震防风有较好的成效，对于维持建筑平衡也十分有利[2]。

（2）在剪力墙的结构中，墙和楼板是一套强大的受力体系

剪力墙无非就是把墙与楼板联系起来，将建筑的各个方面包围起来的第三方工具，所以，墙体与楼板所产生的横、纵向的重力和压力几乎承重在了剪力墙上，使得建筑整体上承受的力转移至剪力墙上，间接地将建筑上承受的力减少，增加层数的危险也就变得无需畏惧了。这样的做法的好处就是不用担心楼层的增加会给建筑带来压力，在强大的受力体系下也不用担心小小的改造会给建筑带来不可逆的危害，可以获得最大的空间利用效果。但是也有一个十分致命的短处，就是剪力墙不能做任何的开洞、破坏或者是拆除。如此说来如果我们所购买的房屋建筑若是带有大量的剪力墙的话，对于室内布局，我们无法自行地做过多的改造，这也剪力墙本质上所具有的一个特征。

（3）剪力墙的结构一般为底部大，然后逐步递减

剪力墙的特殊结构，在抗震防风上具有重要作用，底部大，稳定性才会比较高，上部小才能减小阻力，增加抗侧力。例如，地震时，若剪力墙受到震感冲击，首先会在底部形成塑性铰，因此，在剪力墙底部出现塑性铰现象之后，为了确保其能在强大的作用力下具有足够抵御的延性，则需要对剪力墙结构的底部进行加强，因此这就是底部相对于其他部分较大的主要原因[3]。一般情况下，当房屋高度大于24m时，剪力墙底部加强区取墙体总高度的1/10和底部两层之间的较大者。不大于24m时，取底部一层即可。因此，建筑设计师在进行底部结构设计时会注重底部是否需要加强的问题。

若建筑的抗震效果比较好，其剪力墙底部必然会加强，建筑设计师在底部设计加强区，目的就在于在加强区的合理范围内，采取增加边缘构件的箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施，避免脆性的剪切被破坏，改善整个结构的抗震性能。

好的设计就会有好的功能和效果。所以说，建筑设计师在对剪力墙进行设计时，也要充分考虑剪力墙的特殊结构的问题。另外还需要特别关注的一点是，在近些年的建筑行业发展前景来看，短肢剪力墙的运用越来越广泛，可以说，可能现在绝大多数的高楼都在采用短肢剪力墙来维持高楼层的稳定性与安全性，由于短肢剪力墙属于宽度比较小的剪力墙，因此，我们在对室内布局进行改造时，就给予了我们一定的空间和自由，从而实现房间布置的灵活性，给自己一个温馨、满意的房屋设计。

3 设计稳定的剪力墙结构的优点

3.1 使美观与安全结为一体

首先，剪力墙本身的作用就是维持建筑的稳定性与安全性，其次，高层房屋建筑的短肢剪力墙结构体系可以很好地连接各墙的梁，在隐蔽房梁的同时，还可以完美地隐蔽墙肢，让建筑看起来更加美观。虽然剪力墙的设计有一定的规范和标准，但是剪力墙在一定程度上，并不会影响其他建筑装饰的设计与运作，并且，在间隔墙的位置上建设竖向构件，可以将建筑的结构体系与功能体系之间的矛盾程度将到最低，从而使得建筑可以在安全的同时，依旧美观、怡人。

3.2 增加建筑的抗侧力

剪力墙结构可以在墙与楼板之间形成受力体系，将建筑受力能力提高，从而增加建筑在灾害时的抗侧力，例如龙卷风、山体滑坡等，这样就可以使建筑在灾害来临时不容易坍塌，减少伤亡人数，以及将财产损耗程度降到最低。对于建筑设计来说，墙的数量的多少不会产生太大的影响，墙肢长度也可长可短，因为其设定主要依靠抗侧力大小的需要而定的。例如，在地震区的房屋自然要更加注重剪力墙的设计，尽量以增强房屋抗侧力为主，而对于远离地球板块缝隙的内陆地来说，自然是保证安全的同时，美观和节约资源更为重要。建筑设计师还可以通过不同的尺寸的剪力墙的结构设计和布置，来确定或调整刚度中心的位置。

3.3 使房屋改造更为灵活，给顾客提供更多的选择方案

剪力墙结构在如今中国建筑设计的运用越来越普遍，在高楼层的住户可以运用短肢剪力墙结构的功能，在不影响建筑安全和稳定的客观情况下，对房间设计布局进行自我喜好的改造，这使得房屋布置更具灵活性。当然，“鱼和熊掌不可兼得”，因此，这样的改造是以将低建筑稳定性与安全性为代价来实现的。

3.4 满足房屋建设的刚度、强度需求

依据民用建筑设计中的平面抗侧力的要求，可以设计和运用中心剪力墙结构与其他剪力墙结构，使建筑中心形成强大的抗侧力能力体系，以此来满足建筑刚度和强度的需求。剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙与楼盖所共同组成的相互连接的空间结构，负责承受建筑的竖向荷载和水平荷载，是建设高层建筑中十分常用的结构形式。由于纵向、横向剪的力墙在其自身平面内的刚度都很大，而在水平荷载作用下，侧移又较小，因此这种结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也比较容易满足，适宜于建造层数较多的高层建筑。

4 剪力墙结构设计要点分析

4.1 结合实际，巧妙设计合理可行的剪力墙结构

剪力墙的布置一般需要按照“均匀、对称、分散、周边”的原则来布置。将横纵相近的剪力墙相互连接，形成字母L、T或正方形的形状，将建筑的刚度和抗侧力在整体上得到提高。但在长矩形的建筑中，剪力墙应该将间距缩减，沿着长方向的横向剪力墙稍作修改，使之更加贴合长矩形建筑的设计。总而言之，对现实情况进行考察，设计维护安全稳定、实际可行的剪力墙结构对于建筑建设百利而无一害。

例如，这几年来被发现与运用的框架剪力墙结构，又称为框剪结构，它是框架结构和剪力墙结构两种特殊体系的结合体，吸取了各自的长处的同时，又极大程度上地互补了各自的短处，两种结构的相互结合，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。当然，框剪结构中的剪力墙还是可以单独设置的，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体来辅助设计，都能够达到较好的效果。现如今，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。

4.2 注意剪力墙结构的设计要规范、科学

剪力墙的结构设计应该要注重科学思考与规范操作，这样才能保证建筑的安全性能。例如，需要对结构的刚重比、侧向刚度比等参数进行控制，保证剪力墙结构布置的科学合理性。严格把控剪力墙结构相关数据的计算方式和配筋的配比，也就是说，在进行剪力墙结构相关数据的计算时，对所要使用到的钢筋数量进行匹配和确定，满足规范的最小配筋率要求，避免造成资源的大量浪费，或是钢筋数量不足导致稳定轻不足或不强的情况出现[4]。

还需要注意的一点是，正如上文所说到的关于剪力墙的特殊结构的实际运用条件。其实这样的剪力墙结构也不算上是特殊的，无论是在传统建筑还是在现代建筑中，剪力墙框架结构都是上部层间相对较小，下部层间设计相对较大的，只有这样的剪力墙设计才能在最大程度上增加建筑结构的倾向刚度，因为，这样设计剪力墙框架结构，可以减小上下结砍层间的相对位移比例和顶点的位移比例，在间接层面提高了剪力墙的刚度和强度。

4.3 将剪力墙结构与其他结构结合使用

对于外围框架分隔的结构框架的设计，因为分隔需求的不一致，导致结构不对称、不整齐，很难组成规则、对称的柱网，使得柱网之间的横截面大于隔墙的厚度，最后形成建筑柱子外露的后果，并且这种柱子外露的情况，会导致建筑倾侧刚度与强度的降低，以及抗震能力、抗侧能力的减弱，因此，为了解决这样的问题，建筑师们可以运用丰富多样的分隔形式。但是这时候另一个问题又出现了，如果采取多样化的分隔形式对建筑进行分割，会很难满足其他建筑功能对于建筑底部空间的需求，如此，我们就可以转换思维，将底部空间处理成大框支。这样不仅可以扩大底部利用空间，还可以保证建筑分隔布局的灵活度，充分考虑现实条件，将剪力墙结构与其他结构巧妙地结合在一起，既提高了结构整体的刚度，又增强了建筑结构的抗震能力。

4.4 设计完后应注重检查剪力墙是否是数量适宜、多向布置的

多方向地分布剪力墙，可以把不同方向的剪力墙连接在一起，从而避免出现单向的剪力墙结构不够稳定的问题，将多方向的剪力墙组成一个稳定的网络结构，相互借力，维持静态稳定的状态，从而保证建筑功能的正常运转，也提高了建筑的承重能力和稳定能力。虽然剪力墙需要多向分布，但是剪力墙的设计必须要均匀、恰当，若是剪力墙数量过少，会发生其结构的抗震能力、承重能力以及抗侧能力会有所下降的问题，不仅如此，其刚度强度也会出现不足的情况；而当剪力墙数量过多时，墙体的空间得不到绿色有效的利用，若是扎删硼度太大，还会导致震感加强、自重加大[5]。这样看来，剪力墙数量过多、过少都并非有利。

4.5 特殊情况下，注意震区剪力墙设计与其他剪力墙设计的区别

首先，从材料上来看，震区剪力墙结构是上下两种不同性质的混合制结构，底层多为混凝土堆砌而成，可以展示柔韧的作用，在震感强时，底部能以此做到稍微减震的效果，从而维持上部的稳定；而上部是由砖砌体结构组成的，可以在底部减震的同时，刚硬的墙体可以维持建筑整体的稳定与平衡，就像是健美操运动时将一个人用另一个人的手掌举起一样，上身需要保持正直、紧绷，才不会半路摔倒。

其次，在震区剪力墙的设计中还值得注意的是，震区的剪力墙在设计时应该注意其底部需要加强的部位一般不适合采用错洞墙的形式，并且其他部位都不可以叠合采用错洞墙的方式进行设计，否则会影响其抗震效果。除此之外，震区建筑的墙肢高度不宜超过8m左右，并且最好能够做到将墙段总高与墙肢高度的比例提高到2及以上。当墙肢实在是太长的时候，可以采用开设洞口的形式，将各墙段之间设置弱连梁，维持抗震的最好状态。

5 结束语

随着现代科学技术与建筑行业的快速发展，建筑设计中的剪力墙结构体系也随着高层建筑形式的多样化而日渐增多。为了提高日常民用建筑的稳定性、安全性、抗震性以及抗侧力能力，将剪力墙结构的功能和优势发挥到最大程度，因此，建筑设计师需要更加注意剪力墙结构的设计是否合理、准确；剪力墙结构设计是否科学、规范；剪力墙数量布置是否合理可行；是否能将剪力墙结构与其他结构体系相互结合起来发挥最大优势；是否需要注意剪力墙在震区与其他地区所构建的结构有所不同等，从多方面思考剪力墙结构设计所要注意的要点，尽量扬长避短，将优势尽可能的发挥出来，建造一个实用的、美观的民用建筑。