剪力墙结构设计要点分析

田 稷

（甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种结构在高层建筑中被大量运用。剪力墙的结构主要是由墙肢和连梁这两种结构组成，并且这两种结构分别有着不同的抗震性能和不同的建筑刚度，因此，在进行建筑工程结构设计时,为了更好地展现出剪力墙结构的运用价值，设计人员需要有效把控设计的核心要点，以保证剪力墙结构设计可以符合建筑工程建设的整体质量要求。

1 剪力墙结构优缺点

剪力墙结构是建筑物的核心支撑结构，有着显著的应用优势，也存在一定的缺陷问题。

1.1 剪力墙结构的运用优势

（1）剪力墙结构设计科学性较强，且建筑成本较低。在保证剪力墙结构品质，完善建筑功能的同时，可控制工程建设成本。

（2）剪力墙结构的刚度表现优异，结构功能相对完善，可以承载多种类型的负荷。

（3）在建筑工程中，剪力墙结构与分割墙体的结合运用，可有效拓展建筑物内部的可利用空间，使其兼具美观性与实用性。

1.2 剪力墙结构的运用缺点

（1）由于剪力墙结构的刚度优异，倘若遭遇外力影响，便会展现出自主防御的特性，在相互作用力的影响下会导致结构出现变形情况。

（2）剪力墙结构中的框架设计，会一定程度上造成墙体结构自重的提升，留下一定的安全隐患。

（3）剪力墙施工成本相对较低，尽管可实现工程材料的节约使用，不过整体结构的延续性仍待提升。

2 剪力墙结构的主要类别

2.1 实体类剪力墙

实体类剪力墙是指建筑结构设计中没有洞口的剪力墙，此类剪力墙的平稳性与负荷承载力较为优异，一般不会产生品质问题。

2.2 小开口整体剪力墙

此类剪力墙设计中留有洞口，洞口通常在剪力墙整体结构约15%的面积以内，这对剪力墙结构的负荷承载能力带来显著影响，连梁会产生反弯的情况。

2.3 联肢剪力墙

联肢剪力墙结构中设计有面积较大的洞口，这会对墙体结构的完整性带来显著影响，无法有效保障剪力墙的负荷承载能力。

2.4 壁式框架剪力墙

壁式框架剪力墙结构的洞口所占面积更为突出，墙体结构所受到的影响也更为显著，除去梁柱之外，其他交错区域会产生一定的变形情况，剪力墙结构也接近框架的内力分布，其结构设计有待完善。

3 剪力墙结构设计的原则

3.1 拉通对直

建筑结构设计时，剪力墙中涉及的门窗与洞口需保证上层与下层结构的全面对齐，有效设计好结构的传力途径，全面提升剪力墙结构的防震水准。剪力墙结构需沿着轴线拉通对直，并且需全面规避重叠等情况的出现，以保证整体建筑结构功能的完善性与后期使用的平稳性。

3.2 竖向贯穿

竖向剪力墙需保证由上到下，实现总体上的结构贯穿。一般在剪力墙竖向出现变动时，剪力墙墙体厚度也会有一定程度的改变，可借助控制剪力墙单元刚度的方法来控制抗侧刚度，规避刚度的突发性变化对抗震性能的影响。

3.3 洞口开设控制

尽管开洞会影响剪力墙的负荷承载能力，不过某些较长的剪力墙结构,需借助开设洞口来分担墙体所承受的负荷载，洞口之间借助弱梁接入，不过墙肢一般控制在8m 的范围内,不能太长。

3.4 建筑高度匹配

在剪力墙结构类型挑选时，要合理设计剪力墙结构型式，以匹配建筑整体荷载，规避受力不均衡问题的出现。

3.5 控制墙肢平面的外弯矩

伴随工艺与材料的持续改进，控制墙肢平面外弯矩的举措更加多样化，可借助提升竖直方向墙体体量的举措，对墙肢平面外弯矩进行全面把控；也可通过提升砖垛体量，来控制梁端所带来的负荷压力。倘若墙体截面相对有限，则可规划成铰链连接的模式，也可有效控制墙肢平面的外弯矩。

4 剪力墙结构设计的要点分析

4.1 墙肢的厚度与长度设计

剪力墙墙肢的长度与厚度，对整体结构的质量及后期稳定性有显著影响。因此，剪力墙结构规划设计时，要充分结合工程项目实际情况，从剪力墙结构的刚度层面来考虑，确定墙肢的长度与厚度[1]。一般而言，高层建筑物内部剪力墙结构的墙肢体厚度需要控制在20cm 范围内，保证与填充墙的厚度相同。高层建筑基础深埋在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18，墙体的整体高度也需在5m 之上，墙肢厚度需要超出填充墙的整体厚度；下墙肢的整体长度不大于8m，下跨的高度需高于6m。抗震墙的厚度需要依据工程建设标准要求来科学规划，通常而言，倘若抗震性能需要达到一级水准，则其厚度则必须提升到16cm 之上；倘若需要达到四级标准，则墙体的厚度则需至少保证有14cm。

4.2 合理设计剪力墙的配筋

在《混凝土结构设计规范》中有着明确的要求，抗震等级为一～三级的剪力墙，竖向以及水平分布最小配筋率大约为0.25%，某些框支剪力墙底部增进部位的配筋率也需要符合0.3%的标准。在实际工程项目规划中，若建筑物体量较大，则需要提升水平配筋率，尤其是在梁结构等区域[2]。

4.3 连梁的规范化设计

建筑物内部剪力墙结构中，接入墙肢的便是连梁，在水平负荷载力作用下的墙肢会出现弯曲的情况，导致连梁端部产生转角，并产生内力，导致墙肢的性能出现一定程度的下降，因此，应从调控墙肢受力模式进行改进。而针对某些未调配连梁的剪力墙结构而言,在规划设计阶段，需要把控以下核心环节[3-4]。

（1）折减连梁刚度。连梁的跨高相对有限，与连梁接入的墙肢刚度突出，在水平力作用下，会出现较大的内力，容易引发连梁裂缝问题，导致总体刚度下降。因此，在剪力墙结构设计中，需合理折减连梁的刚度，针对高层建筑内部结构，需借助弹性刚度来进行研究整体的解析。不过抗震规划中的剪力墙结构连梁刚度相比墙体较低，所承载的弯矩会较为可观，配筋无法有效运作。通常情况之下，设防烈度相对较低，可全面控制折减，而相反则会导致折减的增多，不过折减系数要不低于0.5，以保证连梁承载负荷性能的平稳性。

（2）拓宽洞口的宽度。在全面控制连梁高度的同时，提升洞口的整体宽度，可全面控制连梁刚度，同时由于结构刚度的全面下降，也让地震作用对结构起到控制作用。

（3）增加剪力墙厚度。全面提升高层建筑内部剪力墙厚度，等同于提升了连梁截面的宽度，这不仅会提升结构的刚度，提升地震所引发的内力，同时会让连梁的宽度与负荷承载力呈现正比关系。若剪力墙的整体厚度提升，在应对地震突发产生的巨大内力时，则不能依据其厚度有效分散到剪力墙，可能会引发连梁抗剪承载力超出标准的情况。所以，在具体规划中,需要依据工程建设的具体需求,开展有针对性的调控，以切实保证剪力墙的效果，实现建筑整体结构的平稳性。

4.4 墙体的防震加固设计

剪力墙结构的主要构成部分是墙体，墙体是承载压力的基础。在墙体设计中，要严格依据国家标准，开展钢筋配比计算，需要对纵向和横向的承载能力进行系统化验算，使钢筋调配比例达到标准的防震需求[5]。同时，在建筑抗震结构设计中,剪力墙的倾斜力矩比例应控制在40%范围内，在地震力作用之下，可通过扭转作用，将地震的负面影响控制在较低的范围。依据工程建设标准，横梁剪切需高于2.5 的基础标准；同时，要特别把控好实际的跨度标准，在跨高比超出6 时，接头的刚度会受到显著影响，导致剪力墙出现超负荷承载力情况。因此，也应全面作好跨度设计。

5 结束语

随着建筑工程项目建设规模及复杂程度的扩大，对建筑的功能性要求也随之提升，设计人员应积极学习先进经验，结合实际应用，在剪力墙结构设计工作中开展持续的优化与创新，从而提升剪力墙结构的质量与安全性。未来在剪力墙结构设计时应从以下两个方面做好优化工作。

（1）剪力墙结构的延伸特性对结构的整体性及耐久性有明显影响，在未来的剪力墙结构设计中，需进一步明晰建筑物承载负荷标准的要求，深化剪力墙的延伸性，以提升剪力墙设计的科学性。

（2）剪力墙结构设计中，需要进一步分析和规避影响墙体性能和质量的因素，以提升剪力墙的整体强度及性能，保障剪力墙结构在建筑工程项目中的应用价值得到最大化体现。