剪力墙结构设计在民用建筑结构设计中的应用研究

文／刘鑫磊 建设综合勘察研究设计院有限公司 北京 100000

引言：

民用建筑结构体系的重要性不容忽视，不仅仅关系到后续民用建筑工程项目的应用稳定性和安全性，还和民用建筑的内部空间划分有关，进而影响到民用建筑工程项目的实用功能，设计人员应该予以综合考虑，尤其是对于结构形式的选择，更是需要优化确定，切实规避该方面不利影响因素。剪力墙结构作为当前民用建筑结构设计中常用方式，设计人员应该密切结合不同项目实际需求进行灵活选择，并且对其进行合理细化，确保剪力墙结构可以得到最优化运用，切实规避来自于剪力墙结构方面的不利影响因素，相关研究极为必要。

1.剪力墙结构及其应用特点

在民用建筑工程项目中，剪力墙结构是较为常见的一类结构形式，其主要是在民用建筑结构体系中合理布置具备承受水平荷载以及风荷载能力的墙体，进而促使民用建筑结构体系更为稳定安全，解决项目后续长期应用中可能出现的剪切破坏问题。基于民用建筑中剪力墙结构的应用功能来看，其又被称为抗风墙或者抗震墙，能够有效实现相应危害的防控，成为保障民用建筑稳定性的重要构成部分。民用建筑结构中剪力墙的应用类型较多，比如实体墙就是现阶段常用剪力墙墙体类型，该类剪力墙在民用建筑中的应用一般不开洞或者开极小的洞，如此也就可以在后续长期应用中发挥出理想的稳定性保障作用，不容易出现严重变形问题，成为保障民用建筑整体结构稳定性的重要手段。此外，民用建筑中剪力墙结构的应用还涉及到了小开口剪力墙、多肢剪力墙以及框架式剪力墙等多种不同类型，设计人员应该密切结合民用建筑工程项目的实际状况以及后续应用要求，恰当选择剪力墙类型，促使其可以得到最优化运用，且避免给后续民用建筑使用者带来不利影响。从剪力墙结构的构建方式来看，当前比较常见的有砌体结构以及钢筋混凝土结构，其中钢筋混凝土结构施工方式的应用更为常见，且更加有助于保障剪力墙结构的功能[1]。

民用建筑结构设计中剪力墙结构设计方式的应用较为普遍，相对于框架结构的应用，剪力墙结构表现出了明显的特点，优势较为突出，其中最为突出的特点就是稳定性和安全性，有助于解决民用建筑工程项目后续长期应用过程中可能出现的严重安全隐患。在剪力墙结构体系设计应用中，民用建筑工程项目的整体受力效果可以得到明显优势，在水平方向以及垂直方向，均可以形成良好的稳定性，对于相应荷载的应对能力较为突出，避免了民用建筑结构受损问题，可以维系其长期安全运用。比如从垂直方向上的地震作用力应对进行分析，剪力墙结构设计方案的应用就表现出了明显优势，剪力墙可以更好优化整个民用建筑结构体系的抗震性能，弱化民用建筑工程项目可能出现的地震受损问题，应该引起设计人员高度重视。此外，剪力墙结构设计还表现出了明显的灵活性特点，有助于在灵活布置后，更好满足民用建筑工程项目在现阶段面临的更高美观性以及实用性需求，在内部空间构建方面具备突出作用价值。当然，这也就需要剪力墙结构设计人员密切结合民用建筑工程项目的实际状况，在内部合理布置剪力墙，同时确定好剪力墙的类型以及具体参数，在不影响民用建筑结构体系安全性的基础上，增强其实用价值。

2.剪力墙结构设计在民用建筑结构设计中的应用要点

2.1 平面布置

民用建筑结构设计中应用剪力墙结构时，设计人员应该首先高度关注于剪力墙结构的平面布置状况，避免在平面布置中出现较为严重的偏差问题，由此更好优化剪力墙结构的应用价值。在民用建筑结构平面中布置剪力墙结构时，设计人员应该首先注重以主轴为中心，然后逐步向四周延伸，由此形成较为协调适宜的剪力墙结构布置方案，促使剪力墙在民用建筑结构中的布置较为均衡，由此创设出较为理想的剪力墙结构设计基础条件。具体到剪力墙结构向四周延伸中，设计人员既可以进行双向延伸，也可以多向综合布置，但是需要重点遵循均匀性以及对称性的基本原则，避免在剪力墙结构平面中出现较为严重的偏斜问题，由此更好优化整个民用建筑结构设计效果[2]。比如针对民用建筑平面结构中的刚度中心和质量中心就需要综合考虑，尽量保持重合，由此解决后续民用建筑结构长期应用中可能出现的严重扭矩现象，维持其安全可靠运用。为了达到这一目的，设计人员除了要重点考虑到民用建筑各个平面结构中剪力墙的综合布置状况，往往还需要具体到各个剪力墙中进行分析，促使剪力墙能够得到更为理想的全面系统考虑，尤其是对于不同厚度的剪力墙布置状况，更是需要放在平面上进行综合考虑，避免出现较为严重的质量中心偏离问题。此外，对于民用建筑结构设计中剪力墙结构的平面布置，设计人员还需要着重考虑到抗侧力刚度以及承载能力的优化，促使相应设计方案可以满足后续民用建筑结构体的实际应用需求，保障各个剪力墙之间的距离较为适宜合理，且能够优化空间利用率，由此更好确保剪力墙结构的合理布置。

2.2 墙肢设计

民用建筑结构设计中应用剪力墙结构时，设计人员还需要重点考虑到墙肢的有效处理，以便促使剪力墙能够在实际应用中表现出较强的延展性，进而更好在民用建筑结构体系中发挥出理想的作用价值。基于剪力墙的延展性需求进行墙肢优化处理时，设计人员需要综合关注剪力墙墙肢的各个具体参数指标，尤其是对于墙肢厚度、横截面以及宽度等，均会直接影响到剪力墙的应用效果，应该密切结合实际状况予以优化控制。比如对于宽高比在2 以内的剪力墙，在布置应用中就可能出现弯曲破坏问题，设计人员应该注重合理选择运用墙肢予以优化处理，避免出现较为严重的毁坏风险。一般而言，在剪力墙结构设计中处理墙肢时，在不影响民用建筑结构体系整体安全性和稳定性的同时，墙肢厚度应该尽量设置小一些，由此更好优化其应用效果，避免过度增加民用建筑结构负担。当然，针对墙肢底部宽度也应该进行综合考虑，确保其能够为整个剪力墙结构提供稳定条件，解决底部较小出现的严重失稳问题。针对民用建筑剪力墙结构中的大墙肢，设计人员更是需要予以重点关注，以便促使这些大墙肢具备理想的承载能力，由此更好维系整个民用建筑结构体系的稳定性。比如针对民用建筑剪力墙结构体系中超过8 米的大墙肢，设计人员就需要确保其可以在实际应用中具备较强的剪力承载能力，尤其是在面临地震作用时，更是应该促使大墙肢具备理想的应对能力，避免出现较为严重的受损破坏问题。这也就需要设计人员在确定好大墙肢的具体尺寸参数后，同时确保其配筋较为适宜合理，并且控制施工洞，以此解决该方面出现的隐患。此外，短肢剪力墙同样也需要设计人员高度重视，虽然短肢剪力墙在实际应用中表现出了较为理想的灵活性，但是如果在应用中过于随意，或者是应用数量过多，则极有可能会影响到剪力墙结构体系的承载能力，进而导致剪力墙结构的稳定性受损。设计人员需要密切结合整个剪力墙结构体系进行综合分析，同时考虑民用建筑工程项目的实际应用需求，确保短肢剪力墙得到合理布置，最终更好优化剪力墙结构应用价值[3]。

2.3 连梁设计

民用建筑结构设计中应用剪力墙结构时，设计人员还应该注重合理设计连梁，解决该方面可能出现的严重隐患，以此更好优化整个剪力墙结构设计方案。对于民用建筑剪力墙结构中连梁设计工作的开展，设计人员应该重点确保其在连接剪力墙和屋顶中发挥积极作用，以此更好解决两者在实际应用中出现的严重不协调问题。设计人员应该重点从重力、刚度以及强度等多个角度进行综合考虑，进而确保连梁结构可以发挥出应有功能，解决设计尺寸参数方面出现的偏差问题。具体到民用建筑剪力墙结构整体布置中，连梁结构应该着重考虑其抗震性能、抗压能力以及抗风能力，进而规避后续剪力墙结构在长期应用中可能出现的严重变形、断裂以及坍塌等病害问题。针对民用建筑剪力墙结构设计中连梁的处理，设计人员还应该着重考虑到连梁超限问题的调整，解决任何方面存在超限问题，影响到后续实际应用效果。基于此，设计人员需要严格遵循相关设计规范和标准，结合不同剪力墙的跨高比进行适应性处理，确保连梁刚度折减状况能够得到有效处理，进而营造出理想的运用条件。基于这种连梁超限问题的设计控制，不仅仅可以有效实现对于连梁整体稳定性和可靠性的优化，往往还可以体现出较强的经济效益，规避该方面不必要的支出，成为设计人员工作重点。

2.4 边缘构件设计

民用建筑剪力墙结构设计中，边缘构件设计同样也是比较关键的构成部分，设计人员应该结合剪力墙结构的整体状况，合理布置边缘构件，由此促使其发挥理想作业价值，避免来自于边缘构件方面的干扰因素。具体到民用建筑剪力墙结构边缘构件设计中，设计人员应该着重围绕着边缘构件的具体构成部分进行精细化布置，促使暗柱、翼墙以及端柱等均可以得到最优化配置，由此更好增强边缘构件的应用效果，避免其对于剪力墙结构或者其他构件带来不利影响。结合现阶段民用建筑剪力墙结构中常用的边缘构件类型进行分析，主要涉及到了约束边缘构件、过渡层边缘构件以及构造边缘构件等，设计人员应该密切结合不同需求进行合理配置，由此形成较为理想的应用条件。比如对于一些抗震等级较高的民用建筑工程项目，为了确保剪力墙结构能够具备理想的抗震性能，保障剪力墙结构整体稳定性，设计人员就需要优先选择约束边缘构件，由此解决该方面在后续长期应用中可能出现的明显受损问题[4]。当然，具体到边缘构件设计处理中，设计人员还需要重点考虑到自身各项参数的合理设置，以便促使其可以有效融入剪力墙结构，且能够协调好剪力墙，由此更好优化整个剪力墙结构的应用价值。对于边缘构件自身的各项性能指标，设计人员同样也应该予以综合考虑，避免该方面成为民用建筑剪力墙结构的短板，可以以此更好优化整体稳定性。

2.5 配筋设计

在民用建筑结构设计中应用剪力墙结构时，设计人员还应该重点考虑到配筋状况，以便借助于合理配筋来优化剪力墙性能，解决剪力墙本身缺陷带来的问题。具体到剪力墙配筋设计中，设计人员应该注重结合实际需求，选择好最佳配筋率，既要确保配筋率足够提升剪力墙的强度、抗震性能和稳定性，也要避免过多配置钢筋材料带来浪费问题，由此更好优化剪力墙应用价值。一般而言，剪力墙的水平配筋率以及垂直配筋率均需要达到0.25%以上，如此才能够有效提升其应用效果，解决因为过度控制工程造价带来的剪力墙结构本身受损问题。当然，剪力墙的配筋设计还需要重点考虑到具体的钢筋配置方案，确保钢筋能够在剪力墙中合理布置，尽量保障均匀性，由此更好发挥出所有钢筋的应用价值，避免因为钢筋分布不当出现不利影响[5]。对于剪力墙中钢筋的配置，设计人员应该注重从水平方向以及垂直方面进行针对性处理，并且积极关注相互之间的协调性，由此形成更为稳定可靠的结构体系。剪力墙中水平方向的钢筋应该尽量布置在外侧，垂直方向则布置在内测，同时促使两者进行严格绑扎，最后再配合混凝土材料的有效浇筑，形成应用价值较为突出的剪力墙结构体系。为了更好增强剪力墙结构中配筋应用效果，设计人员除了要考虑到钢筋材料的合理配置，还应该重点考虑到钢筋网片的协调布置，这也是增强剪力墙结构应用价值的重要手段。

3.民用建筑剪力墙结构设计注意事项

3.1 明确应用标准

民用建筑结构设计中应用剪力墙结构时，为了促使其得以最优化运用，设计人员应该注重首先明确剪力墙结构的应用标准，进而促使其可以得到理想运用，避免因为错误选择剪力墙结构形式，导致后续民用建筑的应用价值受到影响，或者是难以形成理想的安全性保障条件。基于此，民用建筑结构设计人员应该对于剪力墙结构加大研究力度，准确掌握剪力墙结构的特点，明确其优势和缺陷，进而也就可以结合民用建筑的实际状况，确定是否可以应用剪力墙结构形式，避免随意引入运用带来不利影响。比如剪力墙结构形式虽然可以有效提升民用建筑工程项目的抗震性能以及稳定性，但是因为剪力墙的内部布置，往往很难形成较大的内部空间。如果民用建筑内部需要大容量空间，则不便运用剪力墙结构，即使选用了剪力墙结构，也需要针对剪力墙进行有效调整，避免形成空间局限性问题[6]。

3.2 协调其它部分

民用建筑结构设计中应用剪力墙结构时，设计人员除了要重点考虑到剪力墙结构本身的全面优化控制，往往还需要围绕着整个民用建筑进行综合分析，确保剪力墙结构可以和其它相关部分相协调，避免出现较为严重的冲突问题。基于此，民用建筑剪力墙结构设计人员应该注重立足于整个项目进行综合分析，关注于剪力墙结构应用相关联的所有因素，进而更有针对性地设置剪力墙，促使剪力墙可以发挥出理想的适用性，可以在民用建筑中形成较为理想的应用价值。比如在剪力墙结构设计中，设计人员就需要着重考虑到民用建筑基础结构设计方案，明确基础结构的布置状况，尤其是对于基础结构具备的抗震性能以及承载能力，更是需要设计人员着重考虑，以便由此更好增强民用建筑上部结构中剪力墙结构的设计效果，保障两者较为协调连贯，避免在后续长期应用中出现整体稳定性受损问题。针对剪力墙结构和屋顶的协调性，设计人员也应该注重予以积极关注，尤其是对于上述连梁等关键构成部分，更是需要精细化处理，由此更好增强剪力墙结构在整个民用建筑结构体系中的融入效果，避免影响其它结构呈现效果的同时，还可以解决其它方面的干扰因素，最终更好优化剪力墙结构应用效果。

3.3 优化设计工具

民用建筑结构设计中剪力墙结构设计难度较大，要求相对也比较高，尤其是对于一些相对复杂的民用建筑工程项目，剪力墙结构布置需要考虑多方面因素，设计人员必然面临较高压力。为了切实优化民用建筑结构中剪力墙结构设计效果，除了设计人员要不断提升自身综合素质和能力，往往还需要从设计工具入手，借助于新型辅助设计手段，有效降低剪力墙结构设计人员工作压力的同时，更好提升设计准确度。比如BIM 技术在民用建筑剪力墙结构设计中的应用就可以发挥出较强的作用价值，其不仅仅可以实现整个民用建筑工程项目的三维立体呈现，促使设计人员可以更为直观开展剪力墙布置工作，降低了设计人员理解偏差带来的设计问题；往往还可以有效提升设计工作的自动化水平，其中涉及到的大量设计工作均可以由BIM平台自动完成，尤其是对于一些较为繁琐的计算工作，就可以在自动化处理的基础上，提升其准确度，解决该方面带来的剪力墙结构设计偏差问题。当然，为了促使这些先进辅助设计工具得以优化运用，设计人员同样也需要予以及时掌握，以便更好发挥出这些先进技术的应用价值，避免人员方面的限制问题[7]。

3.4 提升人员素养

民用建筑结构设计中剪力墙结构设计中，设计人员面临较高要求，为了有效适应这一较高的设计难度，设计人员应该注重不断提升自身综合素质和能力，以便有效规避设计中可能出现的各类偏差问题。具体到剪力墙结构设计中，设计人员除了要掌握基本的设计理论和方法，往往还需要树立质量意识以及精细化意识，避免在剪力墙结构设计中出现任何侥幸心理，尤其是在各项计算分析中，更是需要引起重视。

结语：

综上所述，剪力墙结构作为民用建筑结构设计中常用形式，确实在多个方面发挥着积极作用，成为优化民用建筑结构体系应用效果的重要手段。为了确保剪力墙结构得以形成理想设计效果，设计人员应该重点围绕着剪力墙结构的各个关键要点进行综合分析，严格按照相关标准和规范，结合整个民用建筑工程项目的实际需求，确保剪力墙结构的布置较为适宜合理，降低出现设计偏差问题的几率。