建筑结构设计中的剪力墙结构设计策略思考

建筑结构设计中的剪力墙结构设计策略思考

张馨文

云南人防建筑设计院有限公司，云南昆明650000

摘要：在现代化建筑工程的施工过程中，会使用到各种各样的结构形式。其中，尤以框架剪力墙的应用最为常见。本文重点针对建筑结构设计中的剪力墙结构设计策略进行了详细的分析，旨在提高现代化建筑工程施工中剪力墙结构的科学合理性，从整体上提高建筑结构的抗震性能和稳定性。

关键词：建筑结构设计；剪力墙结构；设计

前言

在科学技术不断进步的支持下，建筑工程施工技术水平也有了大幅度的提高。与此同时，人们对于建筑工程的施工质量要求也越来越苛刻。将剪力墙结构应用到建筑工程施工当中，不仅可以提高建筑结构的稳定性，提高建筑结构的使用性能，还能够最大限度的满足人们对于建筑工程施工质量的要求。但是，只有保证剪力墙结构设计的科学合理性，才能够将剪力墙结构在建筑工程中的应用优势充分发挥出来。所以，对剪力墙结构设计策略进行全面而深入的研究，具有极高的现实意义。

一、剪力墙结构概述

所谓剪力墙结构，指的是墙肢界面高度与厚度比在5--8之间的剪力墙墙体。剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用最为广泛，且表现出了建筑结构侧移小、整体抗侧刚度大、抗震能力强等优势。目前，在建筑结构设计中，最常用的剪力墙结构主要包含三种形式。第一种是实体墙形式。这种剪力墙结构形式的应用不容易出现反弯点和结构的突变等问题[1]。第二种是开口较小的剪力墙形式。这种剪力墙结构形式的应用虽然不会在弯矩图中出现反弯点，但是却容易在连梁处出现结构突变问题。第三种是壁式框架结构的剪力墙。这种剪力墙结构形式的应用不仅会在多数楼层中出现反弯点，还容易在墙体弯矩图中出现突变。

二、建筑结构设计中的剪力墙结构设计原则

（一）楼层与整体层高能够形成最大位移比

如果建筑工程施工位置正好位于地震带上，地震灾害的发生频率较高，那么建筑楼层受到地震因素的影响就会较大，甚至还会出现明显的位移。绝大多数的建筑结构在计算位移比的时候，需要对整个建筑结构的变形予以重点考虑。尤其是在高层建筑结构的位移比计算，需要将楼层之间的弯曲变形作为剪力墙结构的计算重点。需要注意的是，高层建筑楼层之间的弯曲变形主要表现为两种形式：一种是扭转形式，另一种是剪切形式[2]。如果设置的构件数量过多，就容易出现扭转变形问题。另外，剪切变形程度的大小，也容易受到建筑结构中竖向构件的影响。在剪力墙结构设计过程中，需要重点提高建筑结构的稳定性，减少结构变形等问题的出现。

（二）连梁跨高比

在剪力墙结构设计中，当连梁跨高比小于5时，连梁以水平荷载作用下产生的弯矩和剪力为主，连梁应按剪力墙结构设计的有关规定进行设计，当连梁跨高比不小于5时宜按框架梁设计。

（三）楼层最小剪力系数

在剪力墙结构设计中，剪力墙结构需要承受一定的地震应力。鉴于此，设计人员不仅要尽可能的减少剪力墙设置，还要确保设计出的剪力墙结构抗震能力达到相关规定。只有这样，才能够确保建筑结构中的最小剪力系数能够符合相关要求。

三、建筑结构设计中的剪力墙结构设计策略

（一）前期规划

针对剪力墙结构设计中的前期规划，需要注意以下几方面。首先，以空间特性为根据进行相关布置。如果是高层建筑，可以使用双向剪力墙结构，以达到两侧剪力墙刚度均衡的效果。只有这样，才不会因为外力作用而出现墙体扭转，建筑结构不稳定等问题。其次，剪力墙承受楼板传来的垂直荷重和弯矩，还承受地震作用或风力产生的水平力，剪力墙在抗震结构中也称抗震墙，它的刚度和强度都比较高，有一定的延性，结构传力直接均匀，整体性好，抗震性能也较强，是一个多功能高强结构体系。因此，在15层以上的高层建筑中采用它是比较经济的，由于建筑平面被剪力墙划分为若干单独空间，因此对高层住宅及高层旅馆的标准层它比较实用，但不实用于需要大空间的办公大楼。在进行剪力墙结构设计的时候，需要对力的均衡进行重点控制，通过提高剪力墙间距、减少剪力墙厚度等方式，加强水平地震力的控制，减少建筑结构承受的承载力[3]。再次，如果剪力墙结构设计中出现明显孔洞的时候，需要确保孔洞在同一直线上。并以墙体的实际受力为依据进行应力分区，提高力的均衡性与对称性。最后，在剪力墙结构设计中，还需要对结构的抗震性能进行重点考虑，以免因为结构变形出现楼板结构被破坏或者平面结构被破坏等问题。

（二）确定墙肢长度和结构厚度

针对剪力墙墙肢长度的确定，需要对剪力墙结构的功能需求进行分析，然后在“尽量设置长墙，减少设置短墙”的原则下进行剪力墙墙肢长度的确定，以免因为墙肢长度过长，出现明显的裂缝宽度过大问题；因为墙肢长度过短，会出现多个楼层反弯点，改变墙体受力，降低剪力墙结构抗震性能问题。

针对剪力墙结构厚度的确定，需要参照现行规范中的相关规定。针对下部加固段的剪力墙厚度，如果剪力墙结构的抗震等级为一级或二级剪力墙，底部加强部位需要确保厚度不小于200mm，其他部位不应小于160mm；如果剪力墙结构的抗震等级为三级或四级剪力墙，需要确保厚度不小于160mm；非抗震设计的剪力墙需要确保厚度不小于160mm。

需要注意的是，如果建筑工程的施工现场抗震设防烈度为8度，10层以下的剪力墙结构，在重力荷载作用下，并没有较大的墙肢压力，一般为构造配筋。若底层层高需要4800mm，底层剪力墙的厚度应当不小于240mm。所以，在对墙肢长度与厚度进行确定的时候，不仅要遵循现行规范，还要结合实际情况进行合理的调整。

（三）选择剪力墙连梁方案

连梁与剪力墙结构相连，具有跨高比小、连接墙肢刚度大等特点。因为具有非常好的支承效果，所以能够对地震因素、风荷载等因素进行有效的抵御。在剪力墙结构设计中，需要在“强墙肢弱连梁”的原则指导下，进行连梁的抗震设计，确保能够提高连梁的延性。通常情况下，如果连梁没有较大的跨高比，那么建议选择使用交叉斜筋，且方向与主拉应力方向相协调。只有这样，才能够对弯剪作用下的主应力变化进行克服，减少结构裂缝问题的出现。

（四）设置墙体配筋

在剪力墙结构的施工过程中，会使用到非常多的钢筋材料。所以，在剪力墙结构设计过程中，需要对剪力墙的钢筋布置予以高度的重视。绝大多数情况下，墙体配筋可以直接通过结构计算得出。但是，墙体的配筋也应满足相关规范的最小配筋要求，所以剪力墙配筋，不仅要满足相关结构计算条件及规范构造要求，还需要优化墙体的横向分布配筋与竖向分布配筋，确保既能够满足墙体的承载力要求，又能够满足剪力墙最少的钢筋用量要求。

（五）确定剪力墙结构边缘构件

剪力墙结构边缘构件的选择也非常重要。首先，针对剪力墙边缘构件的设置，应当重点提高构件的延性与耗能性能，以此来降低对其他构件的抗震要求。其次，剪力墙的边框以剪力墙内的暗柱或端柱为主，主要分布在墙肢端部、转角等处。将边框构件加入到剪力墙中，能够明显提高剪力墙结构的延性与承载力。

四、结语

随着建筑工程领域的不断发展，剪力墙在建筑结构设计与施工中的应用必然会越来越广泛。与此同时，剪力墙结构设计方面的问题也会逐渐显现出来。为了提高剪力墙结构在建筑工程中的应用质量，促进剪力墙的发展，需要在遵循相关原则的基础上做好前期规划。另外，在正式的剪力墙结构设计中，也要对墙肢长度和结构厚度进行合理的确定、对剪力墙连梁方案进行合理的选择、对墙体配筋和剪力墙结构边缘构件进行合理的设置。

参考文献：

[1] 韩飞. 建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J]. 中国建筑装饰装修,2022(5):99-101.

[2] 袁张雷. 建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J]. 建材发展导向（上）,2022,20(11):89-91.

[3] 蔡坤. 建筑结构设计中的剪力墙结构设计研究[J]. 建筑与装饰,2021(14):11-12.