建筑结构设计中剪力墙结构的设计理念

吴树明

（中交（广州）铁道设计研究院有限公司，广州510290）

1 引言

剪力墙是建筑结构体系中的关键组成部分，通过该类结构的应用能够起到保安全、提品质的效果。为充分发挥剪力墙结构的应用优势，需要切实做好前期的设计工作，以正确的设计理念为指导，精准把控设计要点，合理选择剪力墙的结构形式并展开可行性论证，制订完善可行的剪力墙结构设计方案，在此基础上保证工程项目结构的合理性。

2 剪力墙结构概述

2.1 剪力墙结构的概念

剪力墙结构随着建筑行业的发展应运而生，是基于传统框架式结构的衍生形式，以钢筋混凝土墙体为主，并且逐渐取代了传统的墙板，通过对尺寸的调整（加大厚度、减小宽度和高度）达到提高结构抗压性能的效果，发挥剪力墙结构在建筑体系中的支撑作用，还可以能够维持建筑结构的稳定性[1，2]。剪力墙结构属于墙面结构，因其具有厚度大的特点，可发挥类似于柱状结构的支撑作用，有利于改善建筑的受力条件，确保其具有足够的稳定性与抗震性。

2.2 剪力墙结构的主要类别

随着建筑行业科学技术水平的提高，剪力墙结构在建筑工程中的应用越来越多，现阶段其类型已经颇为丰富，各自的应用特点以及用途均有所不同，能够满足建筑的多元化建设需求，设计者可根据实际情况进行合理的选择。通常，剪力墙结构的类别主要有整截面墙、整体小开口墙、双肢剪力墙结构、壁式框架结构4类[3]。具体做如下介绍：

1）整截面墙，其特点为墙面没有洞口或洞口很小，其与传统的悬臂结构在功能上有类似之处。

2）整体小开口墙，主体部分呈曲面形式，门窗洞口稍大且成列分布，截面法向应力稍偏离直线分布，可看作整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加。墙肢的局部弯矩一般不超过总弯矩的15%，且墙肢在大部分楼层没有反弯点。将其应用于建筑中后可以达到缓冲建筑重量的效果，建筑的稳定性得以增强。

3）双肢剪力墙结构，具有门窗开口尺寸较大的特征，开口数量多且均匀分布，开口两端在抗压能力方面具有一致性，结构的受力更加均衡。

4）壁式框架结构，以常规的框架结构为基础，经过变形处理后得到全新的剪切型结构，其常应用于楼层曲面部分，存在较突出的反弯点，尺寸普遍较大，可更好地与建筑墙体衔接，由此构成严密的结构体系。

2.3 剪力墙结构的应用优势

相较于传统的建筑结构，全新剪力墙结构的综合性能更为优异，主要体现在承载能力强、材料用量少、抗震能力强3个方面。具体做如下分析：

1）承载能力强。剪力墙结构的应用可以大幅度提高建筑的承载能力和稳定性，受损的概率较小。

2）材料用量少。剪力墙结构的形态更为合理，建设期间所需的钢筋等材料均有所减少，并且满足美观要求。

3）抗震能力强。在土地资源紧缺的背景下，高层建筑的建设规模日益扩大，此类建筑的高度较大，在风力、地震等外部因素的作用下容易失稳。而剪力墙结构的应用可有效避免该类问题，提高建筑对外部环境影响的抵御能力。

3 剪力墙结构设计要点分析

3.1 整体布局的应用分析

整体布局设计为剪力墙结构设计中的基础环节，其对后续工作的开展具有统领的作用，一套科学的剪力墙布置方案能够在一定程度上保证剪力墙结构的应用效果，保证其抗震能力和抗压能力。因此，在剪力墙结构的设计过程中，需要充分考虑建筑的整体情况，选择合适的剪力墙结构布局方案。具体而言，应遵循对称性的原则，选择合适的剪力墙结构类型，使其满足建筑设计要求。此外，需重视细节处理，如独立墙肢的设置、洞口的处理等。

3.2 计算原则的应用分析

剪力墙结构为钢筋混凝土结构，在结构设计中需要考虑钢筋和混凝土的型号选择问题，充分发挥材料的性能优势。首先，应根据剪力墙结构的类型选择合适的钢筋材料，并对其抗弯性能、刚度等进行分析，视实际情况做出调整；其次，考虑项目建设区域的地质情况，合理评估抗震等级，确定剪力墙结构的配筋，选择混凝土强度等级；最后，核对选择的材料使用方法，进行适当的优化，形成最优材料使用方案。

3.3 参数确定分析

在剪力墙结构的参数确定过程中，应充分考虑结构的厚度、宽度以及长度。一方面，以建筑设计要求为导向，以剪力墙结构能够正常使用为基本目标，选择合适的剪力墙结构类型，再确定与之相适应的各性能参数，既要保证各项参数数值的合理性，又要达到数值间无冲突的效果，从而规避建筑脆性过大等问题；另一方面，从建筑美学的角度进行参数分析，并在许可范围内适度优化，提高墙面分布的均匀性，保证整体结构具有较好的观感，以满足业主以及公众对建筑美学提出的要求。

4 剪力墙结构规范化的调整原则

4.1 最小剪力系数的调整原则

在高层建筑的结构设计中，抗震性为重点考虑目标，应采取设计措施提高建筑的抗震性能，保证建筑的稳定性。在剪力墙结构设计中，应适当减少墙肢，加大剪力墙结构的间距，以提高剪力墙结构的抗震性能，并保证建筑主体的稳定性，并且在采取大间距的剪力墙结构布置方式后，可更好地维持墙体的抗侧压能力。

4.2 楼层间最大位移的调整原则

剪力墙结构的设计过程中，还应采取调整措施减小楼层间的最大位移和最大变形。为避免楼层出现扭转变形问题，需要合理设定其最大位移量，减小剪力墙结构在墙体发生扭转时所承受的压力，减小外部压力对结构带来的不良影响，以免在外力的作用下而发生建筑结构塌陷等事故。

4.3 剪力墙连梁超限的调整原则

除了要调整剪力墙的最小剪力系数以及楼层最大位移，还需要充分考虑与剪力墙连接的梁体超限问题，其也会对建筑结构的稳定性带来影响。若剪力墙的高度较小，会导致建筑的连梁结构由于失稳而发生坍塌，且此现象在连梁自重较大或所受作用力较大的情况下最容易发生。为全面维持连梁的稳定性，设计剪力墙结构时，要求其跨高比控制在2.5以内，具体视建设要求以及实际建设条件调整，此条件下的建筑结构更易于维持稳定。

5 剪力墙结构设计中的优化措施

5.1 转角窗剪力墙的设计优化措施

转角窗剪力墙的优化可以采取以下措施：（1）用钢筋固定转角窗的两侧，维持转角结构的稳定性；（2）加大转角窗周边楼板的厚度，以免在转角窗自重过大的情况下影响其抗震性能；（3）加强对转角窗与周边墙体的处理，可以在二者间增设防护结构，并对结构材料进行优化，例如，可适当增加连梁结构内的钢筋，提高连梁的受力性能，以免在后续使用过程中发生转角窗受损扭转、墙体脱落的现象。

5.2 连梁的设计优化措施

剪力墙与建筑主体间的连接需依托连梁结构而实现，若连梁局部受到损伤，将难以发挥连接的作用，从而影响剪力墙及建筑主体的稳定性，并严重破坏建筑结构的受力性能。针对该问题，一方面需要以建筑结构特点为出发点，切实提高连梁的强度，确保该结构在与剪力墙连接时能够充分发挥作用；另一方面，适当增加连梁的裕度和韧度，提高连梁的抗压能力，避免在使用期间出现折断问题。

5.3 剪力墙结构布置的优化措施

在剪力墙结构的优化过程中，需要充分考虑结构类型、材料类型以及用量关系、剪力墙结构与周边乃至建筑整体结构的协调关系等，提高细部结构与建筑整体的协调性，否则容易出现剪力墙结构偏移的情况。由于建筑结构的类型多样，需要根据实际结构特点合理调整剪力墙的墙脚间距，目的在于提高建筑主体的抗压能力，维持稳定性。

6 结语

综上所述，剪力墙是建筑结构中的关键组成部分，合理应用该结构有助于提高建筑的质量，从而维持建筑的稳定性，改善人居环境。但剪力墙结构设计是一项系统性的工作，同时具有较高的精细化水平，因此，需要在科学设计理念的引导下展开设计。本文探讨了剪力墙的设计原则、设计要点、优化措施等内容，希望可为同行提供参考，以提高业内剪力墙结构的设计水平。