剪力墻結構在建筑結構設計中的應用實踐方法思考

孫浩然

北京城建北方集團有限公司，中國·北京 100000

1 引言

隨著科學技術的創新與應用，中國建筑領域獲得了前所未有的發展。各大建筑企業為了進一步提高建筑工程的施工質量，完善建筑工程的使用功能，逐步加大了新型科學技術的應用力度。

在剪力墻結構在建筑結構設計中的應用日益廣泛的形勢下，國家相關部門也對剪力墻的位置、尺寸等設計提出了嚴格的要求。但是，在建筑結構設計當中，要想將剪力墻結構的應用優勢充分發揮出來，從整體上提高建筑物的施工質量，延長建筑物的使用壽命，還需要掌握相應的剪力墻結構設計原則與設計方法。

2 剪力墻結構的相關概述

2.1 剪力墻結構的概念

剪力墻，又被叫做結構墻或者抗震墻。與普通墻體相比，剪力墻的厚度更小。如果建筑工程的建設規模較大，施工單位會將混凝土板材料作為建筑結構框架中的梁柱，專門用來承受來自外界的各種壓力。所以，剪力墻的承受能力更強，甚至可以與柱子的受力能力相比。另外，剪力墻的應用還可以對建筑結構的水平力進行掌控。作為建筑結構中的支持結構，剪力墻結構承擔的壓力主要是大風、地震等外界因素產生的水平荷載。剪力墻可以對這些外界因素產生的不良影響進行抵御，進而保證建筑結構的穩定性與安全性。

2.2 剪力墻結構的應用優勢

在建筑結構設計中，剪力墻結構的應用可以有效提高建筑結構的穩定性、經濟性以及美觀性。首先，剪力墻具有較強的剛度和承載力，在建筑結構中可以幫助建筑物抵消一部分外部荷載，尤其是水平方向的荷載，進而從整體上保證建筑結構的穩定性。其次，在剪力墻結構的應用中，施工單位會選擇混凝土澆筑施工的方法。這種釋放方法，不僅可以從整體上提高剪力墻的綜合性能與作用，還可以最大限度地減少鋼材的消耗量，所以施工過程中投入的成本更低[1]。最后，在社會經濟發展速度不斷加快的今天，人們對于物質生活條件的改善也提出了更高的要求。將剪力墻結構應用到建筑結構設計當中，不僅可以將建筑內部的隔墻與承重墻結合在一起，還可以借助隔斷墻設計使建筑內部空間擴大，從而既可以優化建筑物的使用功能，又可以增強建筑物的美觀性。

2.3 剪力墻結構的種類

以剪力墻的洞口設計為標準，可以將剪力墻結構分為以下四種。首先，是實體剪力墻。即沒有洞口的剪力墻。一般情況下，實體剪力墻有著較強的承載能力和穩定性，很少出現質量問題。其次，是小開口整體剪力墻，如圖1 所示。即洞口面積不足整個剪力墻結構15%的剪力墻。雖然洞口較小，但是剪力墻結構的承載能力也會受到一定的一定，甚至還會出現梁反彎等問題。再次，是聯肢剪力墻。即洞口面積較大的剪力墻。這類型的剪力墻結構截面應力不高，所以也沒有足夠的承載能力。最后，壁式框架剪力墻，如圖2所示。即洞口面積更大的剪力墻。這類型的剪力墻整體性受到的影響比較大。除了梁柱外，很多交接位置都存在著不同程度的變形問題。

圖1 小開口整體剪力墻

圖2 壁式框架剪力墻

3 剪力墻結構在建筑結構設計中的應用原則

3.1 拉通對直

在建筑結構設計中，剪力墻結構的應用需要遵循拉通對直原則。即需要確保上下兩個樓層剪力墻結構中的門窗、洞口在豎直方向上處于對直狀態。只有這樣，才能夠保證剪力墻結構的傳力途徑得到合理的規劃，使其擁有較強的抗震性能[2]。另外，還要沿著軸線方向，對剪力墻結構進行拉通對直處理，防止重疊、錯動等問題的出現，使剪力墻結構的綜合性能受到影響。

3.2 雙向布置

在應用剪力墻結構的過程中，分別沿著結構的縱向、橫向方向進行鋪設，不僅可以從整體上提高剪力墻結構的抗震性能，使剪力墻結構擁有雙側抗側力，還可以對這兩個方向上的側剛度數值進行有效的控制，確保二者擁有相對接近的自振周期。

3.3 豎向貫穿

在應用剪力墻的過程中，需要確保剪力墻結構能夠沿著豎直方向貫穿整個建筑結構。如果剪力墻結構發生結構性改變，那么整個建筑墻體的剛度與厚度，也必然會發生相應的變化，整個建筑結構的抗震性能也會降低。在這種情況下，只有對剪力墻結構的單元剛度進行調整，提高剪力墻結構抵御側剛度的能力，才能夠確保剛度突變條件下，剪力墻結構的抗震性能不受影響。

3.4 洞口對齊成列

剪力墻結構的承載能力與剛度，直接受到其孔洞面積占比的影響。如果剪力墻結構的長度較大，其承載的負荷也相對較大。提升開口的合理性，并使洞口上下對齊，成列布置，不僅可以對剪力墻結構承受的負荷進行有效的分攤。另外，在應用剪力墻結構的時候，還應當使用弱梁將洞口連接起來，確保墻肢長度不超過8 m。

3.5 適配建筑高度

上文提到剪力墻結構主要包含十種類型。設計人員你需要結合整個建筑工程的實際情況和建設需求，進行剪力墻結構的選擇與應用，提高剪力墻結構與建筑高度之間的適配性[3]。只有這樣，才能夠使建筑結構的受力需求得到最大限度的滿足。而且，某些類型的剪力墻結構也不適合大面積出現在建筑結構當中，否則將會導致建筑結構受力不均勻等問題的出現。

4 剪力墻結構在建筑結構設計中的應用實踐方法

4.1 基礎方案及平面布置

在建筑結構設計當中，針對剪力墻結構的應用，需要對建筑周邊的地質、水文、建筑群分布以及施工工藝等要素進行綜合考慮，并采取一系列措施提高基礎方案的可行性。另外，剪力墻還屬于平面性墻體，所以必須要對剪力墻的平面布置予以高度的重視。首先，利用雙向布置設計，對剪力墻結構的承重能力和抗力性能進行提高，并借此強化建筑空間的利用率，提高建筑企業的經濟效益。例如，針對墻體的布置，不僅要對對稱性原則予以嚴格的遵守，還要盡可能地滿足建筑墻體在承重與美觀等方面的需求。其次，剪力墻結構的中心應當與建筑內部空間軸線相一致。這樣，可以明顯提高剪力墻結構受力的均勻性。如果建筑結構的高度較高，或者面積較大，不僅要對剪力墻的墻肢長度進行嚴格的控制，還要使其形成一連串的聯肢墻，為建筑墻體的整體性與平面布局的合理性提供保證。

4.2 剪力墻結構設計

剪力墻結構的應用，直接關系著整個建筑結構的施工質量。為了保證建筑物的空間結構與抗震防御能力達到相關要求，必須要對剪力墻結構的設計方式與剛度等進行嚴格的控制。一方面，要確保剛度中心與建筑中心相一致，盡可能地將扭轉效應對建筑結構穩定性的影響降到最低。與此同時，還要對建筑工程施工現場的實際情況進行分析，并以此為基礎對墻肢長度和連梁高度進行調整，確保剛度中心能夠與建筑中心重疊[4]。另一方面，利用各種方式優化剪力墻結構的抗側剛度與承受能力。例如，對縱橫墻體的厚度進行強化控制，拉長墻體之間的距離，控制墻體的使用數量等，都可以有效優化剪力墻結構的使用性能。

4.3 剪力墻厚度與配筋

要想提高剪力墻結構的應用效果，還需要對剪力墻結構的厚度與配筋予以重點控制。首先，對建筑工程的抗震需求進行分析，并結合相關部門出臺的標準規范，對剪力墻結構的厚度進行優化設計。需要注意的是，某些標準規范并不完全適用于多層建筑結構設計或高程建筑結構設計。如果建筑結構對于內部空間的要求比較高，那么就不宜設計外縱墻和翼墻。同時，還要將墻體的厚度控制在320 mm 以上。其次，《混凝土結構設計規范》中明確提出，如果建筑工程的抗震等級為1、2、3 級，針對剪力墻結構的應用，就應當將墻體配筋率控制在0.25%以上，將部位配筋率控制在0.3%以上。在建筑結構設計當中，剪力墻結構的應用，也應當嚴格按照這一規定進行。最后，設計人員還需要對剪力墻結構的承受壓力進行計算，然后根據計算結果，適當地調整鋼筋用量，確保剪力墻結構的應用優勢能夠發揮出來。需要注意的是，如果要增加鋼筋用量，需要對剪力墻結構的形狀與厚度等因素予以重點考慮，避免鋼筋用量過多，增加墻體本身的重量。

4.4 大墻肢處理

要想對剪力墻結構進行合理的應用，并提高墻體的承載力、安全性、穩定性以及耐久性，還必須要對剪力墻結構的這一特性進行重點考慮。首先，在建筑結構設計中，如果使用到的剪力墻長度較大，則需要先確保剪力墻結構的承載能力符合相關施工要求。同時，設計人員需要將剪力墻結構分成多個相對獨立的墻段，以此來提高墻體的承載能力[5]。其次，如果使用到的剪力墻長度較短，則需要加強配筋設計的控制，并借此強化墻體的承載能力和強度。最后，為了提高剪力墻結構的使用性能，在正式開始施工之前，需要做好剪力墻的開洞工作，并在最后施工結束后再對洞口進行砌填。

5 結語

綜上所述，在建筑結構設計中，剪力墻結構的應用有著非常突出的優勢。但是，并不是所有的建筑結構設計，都能夠應用剪力墻結構。鑒于此，設計人員在建筑結構設計階段，需要準確把握不同類型剪力墻結構的特點與應用方法，然后在嚴格遵循相關原則的基礎上，優化剪力墻結構的基礎方案及平面布置，加強剪力墻結構厚度與配筋的控制，做好大墻肢處理工作，并從整體上提高剪力墻結構設計水平。