剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用研究分析

汪加乐

浙江东华规划建筑园林设计（集团）有限公司 浙江 杭州 310005

现代建筑结构设计过程中，剪力墙结构设计应用已经非常广泛，这与该墙体结构的延展性、承重性以及结构韧性等优势特点关系密切。剪力墙结构类型也较多，如实体墙、联肢墙、框肢墙等，不同结构设计产生的效果也略有不同，具体应用哪一类型，还要依据建筑整体结构设计要求进行。且该墙体结构设计虽然优点众多，使得建筑结构整体的强度增强，但其仍然存在一定缺陷问题，如剪力墙结构的耐久性较差，这也是该结构设计被广泛应用，而没有完全替代传统结构的重要原因。从这一点上来看，剪力墙结构设计仍然需要予以高度重视、可靠优化，确保剪力墙结构设计愈加趋于完善，可对建筑结构强度、稳定性以及耐用性、使用寿命等产生更为积极的影响，促使建筑领域发展，愈发向着科技化、高质量方向行进。

1 概述

剪力墙结构是当前较为广泛应用的一种建筑墙体设计方式，就其具体内容，可以通过以下两点进行了解。

1.1 剪力墙结构概念

剪力墙结构是指以钢筋混凝土板为主要结构（承重梁柱），控制结构水平力、承担各类载荷内力，能够承载水平向力、竖向压力的一种钢筋混凝土板式墙体结构。剪力墙结构稳定性相对较高，可约束建筑水平向力，整体提升建筑结构载荷能力。具体包括实体墙、联肢墙以及框肢墙、有边框墙、核心筒等几种类型，如图1所示。

图1 剪力墙结构分类

1.2 剪力墙结构特点

剪力墙结构具有较为明显的优势特点：稳定、强度大以及延展性、经济性、抗震性能良好等。高层建筑中，剪力墙结构的应用，可以有效提升建筑工程性价比，降低成本的同时，保证建筑基本性能[1]。总结起来剪力墙结构具有刚度、受力以及抗震性能等多方面的优势体现，但也并非每一种建筑都适用剪力墙结构，具体还需充分结合现实情况进行考量，以条件优化的实现效果评价，分析判断是否适用该结构墙体。且装配式剪力墙结构的耐久性相对较弱，依据装配式剪力墙结构节点，如图2所示，其耐久性受到纵向钢筋、箍筋以及锚环、混凝土结构、预制墙板等各方面因素的影响，仍需予以进一步优化设计，才能够有效确保其耐久性能提升，弥补剪力墙结构设计不足，促使应用范围扩大。

图2 剪力墙结构节点

2 剪力墙结构设计原则

剪力墙结构设计的合理性，需保证遵循相应原则，具体如以下内容所述，应从墙体受力、搭接以及刚度、延展性设计、剪力系数控制等角度，整体保证剪力墙结构设计合理，确保建筑结构设计能够满足工程建设需求。

2.1 墙体受力

墙体受力设计方面，应注意结合具体的分析结果进行。借助相应的测算标准，对剪力墙结构受力情况进行合理的测算，保证受力设计合理。剪力墙结构设计主要为钢筋混凝土材料，与传统框架梁柱结构设计不同，剪力墙结构承载建筑内力较多，能够保证建筑整体水平承载力提升。这就需要关注该结构墙体受力情况，对墙体各部位受力情况予以分析，影响受力的因素，受力为水平剪力，还是竖向压力等，都应在受力分析中予以明确，确定墙体受力方向及剪力特点，便于进一步确定剪力墙墙体强度标准。

2.2 墙体搭接

墙体搭接设计，主要针对剪力墙结构与同类、异类墙体进行搭接过程中，应该注意的事项及具体搭接标准进行明确。剪力墙结构相对较为特殊，平面承受的力一方面来自自身重力、建筑竖向压力，一方面来自水平方向的剪力，且结构整体的刚度较高。而剪力墙平面结构外力作用相对较小，如空间压力、剪力作用较小，相比较而言刚度也不大，由此达到较好的自身稳定性及延展性，对建筑结构的支撑、承载力更大。如此一来，就要求，墙体搭接后，同样能够保持剪力墙结构优势。如与梁体结构搭接，平面外弯矩增加可能性较大，应具体计算梁体结构承载力、剪力墙结构承载力及各个方面力的作用是否能够合理抵消，以确保搭接结构稳定。

2.3 刚度与延展性控制

刚度与延展性控制方面，主要因其对建筑结构稳定性有一定的影响，需要对其予以高度重视，确保经过合理计算、分析，保证结构刚度、延展性设计合理，才能够确保整个建筑结构稳定性。此外，还应保证外梁和剪力墙结构分离，以确保剪力墙外部承载力得到充分保障。且对于一些结构更加特殊的剪力墙，还可依据实际需求，对现场结构设计进行优化，最大限度保证结构延展性、刚度。如上述与外梁结构合理搭接，可以一定程度优化剪力墙结构内外承载力，改善整体稳定性能。

2.4 剪力系数控制

剪力系数控制，主要是从抗震性能角度考虑，分析剪力墙结构抗震性能需求及刚度需求，依据不同剪力墙结构形式，设计不同剪力系数[2]。与此同时，还要注意结构内增加倾覆力矩，保证合理测算后，剪力系数能够满足具体要求，保证结构抗震性能。

具体设计时，应注意合理降低层间系数，水平地震剪应力小于层间系数。最大限度保证空间设计合理性，以适当增强结构水平刚度，据此计算出层间最小剪力系数。此外，还应最大限度降低结构自重，一方面减少成本支出，一方面优化抗震性能。还要注意抗侧刚度设计，对侧向刚度设计时，对倾覆力矩、位移以及内力等进行一定调整，确保刚度设计合理，结构抗震性能得以充分保障，整体安全性提升。

3 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用

建筑结构设计过程中，剪力墙结构设计的应用，可以从设计方案、定位、大墙肢设计以及平面布置等内容进行了解，具体如下：

3.1 完善剪力墙设计方案

完善剪力墙设计方案，是从提升剪力墙结构优势表现的角度出发，强调进一步增强剪力墙结构设计作用，促使其对建筑结构设计产生更为积极的影响。

如针对剪力墙结构的稳定性方面，为持续发挥其“平衡”作用，可以从设计方案优化角度出发，充分结合建筑施工实际情况，利用现代科技对设计方案进行调整，使剪力墙结构设计与现实需求相符，同时又能够最大限度降低剪力墙结构设计成本，最大化体现结构设计优势[3]。如剪力墙稳定性设计方面，综合考虑成本问题，可以从施工材料选用方面进行优化，一方面保证材料符合剪力墙结构设计要求，另一方面设计要求施工人员严格按照相应的技术标准进行施工，对材料的运用要从合理角度，把控材料应用数量。对于长度偏长的剪力墙，应予以适当调整，且设置适宜洞口，以保证剪力墙长度适宜、协调性高，整体保证稳定性增强。

此外针对剪力墙结构布置、结构受力点分析以及墙体厚度设计、配筋和边缘构件设计、过渡层的设计、连梁设计等，都应该予以充分考虑、细化，确保能够将剪力墙结构设计的优势充分体现出来，对建筑结构设计产生更为积极可靠的影响。

3.2 准确定位剪力墙结构

剪力墙结构定位是指，在具体开展结构设计工作时，应注意先明确剪力墙结构设计的目的，继而明确具体设计中的各个环节定位问题。如剪力墙结构在刚度、延展性方面具有较大优势，在建筑结构设计中，应用剪力墙结构设计理论时，就应注意围绕平面结构布置、竖向结构布置等内容展开设计工作，且平面布置过程中，应确定剪力墙结构设计刚度需求、刚度中心、质量中心，对剪力墙进行有效拉直处理。此外，整体设计应注意不能过于繁琐，应严格按照剪力墙设计相应原则、规范性内容，适选适宜刚度，满足建筑结构设计稳定、强度足够等需求，以切实发挥出剪力墙的积极作用。

3.3 合理处理剪力墙内大墙肢

剪力墙内大墙肢是指长度超过一定范围、高宽比达到一定标准的墙肢，这类墙肢一般在剪力墙结构设计中较为常见，大墙肢设计与墙身设计存在较为密切的联系。在考虑加强大墙肢设计时，需要结合墙身设计进行。

如针对墙身设计时，应该注重对水平、竖向钢筋的设计，一般运用定量分析法进行测算，且对于正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力的验算也会运用该方法，确保结果整体设计的合理性、科学性。此外针对配筋设计问题，一般结合抗震性能考虑，1—3级抗震需求下，配筋率一般要求达到0.25%以上，4级抗震设计则要求配筋率达到0.2%以上[4]。

针对配筋问题，还有钢筋尺寸大小、间距、直径等内容需要充分考虑，如尺寸大小应与抗震设计、结构设计墙体强度设计等相挂钩，保证规格合理；水平钢筋、竖向钢筋间距要求在0.3m上下，直径需大于0.8cm等，整体保证墙身的强度。在此基础上，设计大墙肢时，才能够保障一定的结构稳定性，且为进一步提升大墙肢性能，还需进行细化处理，针对8m以上大墙肢，应预留相应的孔洞，便于施工后设计填充墙，将大墙肢分成小墙肢，通过调整计算方法，提高“截取”后的小墙肢配筋率。

3.4 合理平面布置

平面布置方面，设计应遵循“均匀性”“对称性”原则，保证墙面刚度中心、质量中心重合，达到有效控制扭矩的效果。且为有效防范不均衡作用力，造成的负面影响，还对剪力墙结构做拉直处理。沿着主轴走向，合理设计剪力墙结构，还应做好双向、多项布置，持续优化剪力墙抗震性能[5]。如减少单向墙设计，增强剪力墙功能性，有效节约成本。为保证剪力墙结构平面设计合理，质量、安全性能得以充分保证，还需有效控制抗侧力刚度，保证墙体重量设计合理（抗侧力刚度过大，会使震力增加，重量增大，于结构稳定性设计不利）。

具体可以从有效把控工程施工信息角度出发，运用相应的信息管理系统，对各项数据予以有效测算、整理，了解各个施工流程等，以确保抗震性能设计合理，如图3所示。此外，针对一些相对较长或者较宽的平面结构进行设计时，一般会设置温度伸缩缝，保证整体性的同时，又能够兼具一定抗震性能。

图3 项目信息管理流程

4 结论

综上所述，现代剪力墙结构技术已经相对较为成熟，在建筑行业该设计应用较为广泛，虽然其自身存在一定不足，如耐久性相对较差等，但是其整体产生的结构韧性、强度及稳定性相对较高，从即用标准角度来看，剪力墙结构应用的可靠性较高。当然技术在不断发展，剪力墙结构设计同样如此，整个技术在持续研究发展过程中，还有很长的路要走，结合建筑主体结构使用需求，对剪力墙结构设计进行更进一步的优化，促使其耐久性方面再有所提升，相信其在整个建筑结构设计中的应用会更具优势。尤其在近些年的“装配式建筑”理念发展、应用以来，其与剪力墙结构设计之间，存在较多契合点，能够满足现代建筑结构设计需求，对现代建筑施工建设便利、可靠、成本可控、质量保障等方面的影响非常积极。因此更应该对剪力墙结构设计、建筑主体结构设计以及各相关技术应用等予以高度重视，并积极采取各类措施予以优化。