剪力墻結構設計在民用建筑結構設計中的應用研究

文／劉鑫磊 建設綜合勘察研究設計院有限公司 北京 100000

引言：

民用建筑結構體系的重要性不容忽視，不僅僅關系到后續民用建筑工程項目的應用穩定性和安全性，還和民用建筑的內部空間劃分有關，進而影響到民用建筑工程項目的實用功能，設計人員應該予以綜合考慮，尤其是對于結構形式的選擇，更是需要優化確定，切實規避該方面不利影響因素。剪力墻結構作為當前民用建筑結構設計中常用方式，設計人員應該密切結合不同項目實際需求進行靈活選擇，并且對其進行合理細化，確保剪力墻結構可以得到最優化運用，切實規避來自于剪力墻結構方面的不利影響因素，相關研究極為必要。

1.剪力墻結構及其應用特點

在民用建筑工程項目中，剪力墻結構是較為常見的一類結構形式，其主要是在民用建筑結構體系中合理布置具備承受水平荷載以及風荷載能力的墻體，進而促使民用建筑結構體系更為穩定安全，解決項目后續長期應用中可能出現的剪切破壞問題。基于民用建筑中剪力墻結構的應用功能來看，其又被稱為抗風墻或者抗震墻，能夠有效實現相應危害的防控，成為保障民用建筑穩定性的重要構成部分。民用建筑結構中剪力墻的應用類型較多，比如實體墻就是現階段常用剪力墻墻體類型，該類剪力墻在民用建筑中的應用一般不開洞或者開極小的洞，如此也就可以在后續長期應用中發揮出理想的穩定性保障作用，不容易出現嚴重變形問題，成為保障民用建筑整體結構穩定性的重要手段。此外，民用建筑中剪力墻結構的應用還涉及到了小開口剪力墻、多肢剪力墻以及框架式剪力墻等多種不同類型，設計人員應該密切結合民用建筑工程項目的實際狀況以及后續應用要求，恰當選擇剪力墻類型，促使其可以得到最優化運用，且避免給后續民用建筑使用者帶來不利影響。從剪力墻結構的構建方式來看，當前比較常見的有砌體結構以及鋼筋混凝土結構，其中鋼筋混凝土結構施工方式的應用更為常見，且更加有助于保障剪力墻結構的功能[1]。

民用建筑結構設計中剪力墻結構設計方式的應用較為普遍，相對于框架結構的應用，剪力墻結構表現出了明顯的特點，優勢較為突出，其中最為突出的特點就是穩定性和安全性，有助于解決民用建筑工程項目后續長期應用過程中可能出現的嚴重安全隱患。在剪力墻結構體系設計應用中，民用建筑工程項目的整體受力效果可以得到明顯優勢，在水平方向以及垂直方向，均可以形成良好的穩定性，對于相應荷載的應對能力較為突出，避免了民用建筑結構受損問題，可以維系其長期安全運用。比如從垂直方向上的地震作用力應對進行分析，剪力墻結構設計方案的應用就表現出了明顯優勢，剪力墻可以更好優化整個民用建筑結構體系的抗震性能，弱化民用建筑工程項目可能出現的地震受損問題，應該引起設計人員高度重視。此外，剪力墻結構設計還表現出了明顯的靈活性特點，有助于在靈活布置后，更好滿足民用建筑工程項目在現階段面臨的更高美觀性以及實用性需求，在內部空間構建方面具備突出作用價值。當然，這也就需要剪力墻結構設計人員密切結合民用建筑工程項目的實際狀況，在內部合理布置剪力墻，同時確定好剪力墻的類型以及具體參數，在不影響民用建筑結構體系安全性的基礎上，增強其實用價值。

2.剪力墻結構設計在民用建筑結構設計中的應用要點

2.1 平面布置

民用建筑結構設計中應用剪力墻結構時，設計人員應該首先高度關注于剪力墻結構的平面布置狀況，避免在平面布置中出現較為嚴重的偏差問題，由此更好優化剪力墻結構的應用價值。在民用建筑結構平面中布置剪力墻結構時，設計人員應該首先注重以主軸為中心，然后逐步向四周延伸，由此形成較為協調適宜的剪力墻結構布置方案，促使剪力墻在民用建筑結構中的布置較為均衡，由此創設出較為理想的剪力墻結構設計基礎條件。具體到剪力墻結構向四周延伸中，設計人員既可以進行雙向延伸，也可以多向綜合布置，但是需要重點遵循均勻性以及對稱性的基本原則，避免在剪力墻結構平面中出現較為嚴重的偏斜問題，由此更好優化整個民用建筑結構設計效果[2]。比如針對民用建筑平面結構中的剛度中心和質量中心就需要綜合考慮，盡量保持重合，由此解決后續民用建筑結構長期應用中可能出現的嚴重扭矩現象，維持其安全可靠運用。為了達到這一目的，設計人員除了要重點考慮到民用建筑各個平面結構中剪力墻的綜合布置狀況，往往還需要具體到各個剪力墻中進行分析，促使剪力墻能夠得到更為理想的全面系統考慮，尤其是對于不同厚度的剪力墻布置狀況，更是需要放在平面上進行綜合考慮，避免出現較為嚴重的質量中心偏離問題。此外，對于民用建筑結構設計中剪力墻結構的平面布置，設計人員還需要著重考慮到抗側力剛度以及承載能力的優化，促使相應設計方案可以滿足后續民用建筑結構體的實際應用需求，保障各個剪力墻之間的距離較為適宜合理，且能夠優化空間利用率，由此更好確保剪力墻結構的合理布置。

2.2 墻肢設計

民用建筑結構設計中應用剪力墻結構時，設計人員還需要重點考慮到墻肢的有效處理，以便促使剪力墻能夠在實際應用中表現出較強的延展性，進而更好在民用建筑結構體系中發揮出理想的作用價值。基于剪力墻的延展性需求進行墻肢優化處理時，設計人員需要綜合關注剪力墻墻肢的各個具體參數指標，尤其是對于墻肢厚度、橫截面以及寬度等，均會直接影響到剪力墻的應用效果，應該密切結合實際狀況予以優化控制。比如對于寬高比在2 以內的剪力墻，在布置應用中就可能出現彎曲破壞問題，設計人員應該注重合理選擇運用墻肢予以優化處理，避免出現較為嚴重的毀壞風險。一般而言，在剪力墻結構設計中處理墻肢時，在不影響民用建筑結構體系整體安全性和穩定性的同時，墻肢厚度應該盡量設置小一些，由此更好優化其應用效果，避免過度增加民用建筑結構負擔。當然，針對墻肢底部寬度也應該進行綜合考慮，確保其能夠為整個剪力墻結構提供穩定條件，解決底部較小出現的嚴重失穩問題。針對民用建筑剪力墻結構中的大墻肢，設計人員更是需要予以重點關注，以便促使這些大墻肢具備理想的承載能力，由此更好維系整個民用建筑結構體系的穩定性。比如針對民用建筑剪力墻結構體系中超過8 米的大墻肢，設計人員就需要確保其可以在實際應用中具備較強的剪力承載能力，尤其是在面臨地震作用時，更是應該促使大墻肢具備理想的應對能力，避免出現較為嚴重的受損破壞問題。這也就需要設計人員在確定好大墻肢的具體尺寸參數后，同時確保其配筋較為適宜合理，并且控制施工洞，以此解決該方面出現的隱患。此外，短肢剪力墻同樣也需要設計人員高度重視，雖然短肢剪力墻在實際應用中表現出了較為理想的靈活性，但是如果在應用中過于隨意，或者是應用數量過多，則極有可能會影響到剪力墻結構體系的承載能力，進而導致剪力墻結構的穩定性受損。設計人員需要密切結合整個剪力墻結構體系進行綜合分析，同時考慮民用建筑工程項目的實際應用需求，確保短肢剪力墻得到合理布置，最終更好優化剪力墻結構應用價值[3]。

2.3 連梁設計

民用建筑結構設計中應用剪力墻結構時，設計人員還應該注重合理設計連梁，解決該方面可能出現的嚴重隱患，以此更好優化整個剪力墻結構設計方案。對于民用建筑剪力墻結構中連梁設計工作的開展，設計人員應該重點確保其在連接剪力墻和屋頂中發揮積極作用，以此更好解決兩者在實際應用中出現的嚴重不協調問題。設計人員應該重點從重力、剛度以及強度等多個角度進行綜合考慮，進而確保連梁結構可以發揮出應有功能，解決設計尺寸參數方面出現的偏差問題。具體到民用建筑剪力墻結構整體布置中，連梁結構應該著重考慮其抗震性能、抗壓能力以及抗風能力，進而規避后續剪力墻結構在長期應用中可能出現的嚴重變形、斷裂以及坍塌等病害問題。針對民用建筑剪力墻結構設計中連梁的處理，設計人員還應該著重考慮到連梁超限問題的調整，解決任何方面存在超限問題，影響到后續實際應用效果。基于此，設計人員需要嚴格遵循相關設計規范和標準，結合不同剪力墻的跨高比進行適應性處理，確保連梁剛度折減狀況能夠得到有效處理，進而營造出理想的運用條件。基于這種連梁超限問題的設計控制，不僅僅可以有效實現對于連梁整體穩定性和可靠性的優化，往往還可以體現出較強的經濟效益，規避該方面不必要的支出，成為設計人員工作重點。

2.4 邊緣構件設計

民用建筑剪力墻結構設計中，邊緣構件設計同樣也是比較關鍵的構成部分，設計人員應該結合剪力墻結構的整體狀況，合理布置邊緣構件，由此促使其發揮理想作業價值，避免來自于邊緣構件方面的干擾因素。具體到民用建筑剪力墻結構邊緣構件設計中，設計人員應該著重圍繞著邊緣構件的具體構成部分進行精細化布置，促使暗柱、翼墻以及端柱等均可以得到最優化配置，由此更好增強邊緣構件的應用效果，避免其對于剪力墻結構或者其他構件帶來不利影響。結合現階段民用建筑剪力墻結構中常用的邊緣構件類型進行分析，主要涉及到了約束邊緣構件、過渡層邊緣構件以及構造邊緣構件等，設計人員應該密切結合不同需求進行合理配置，由此形成較為理想的應用條件。比如對于一些抗震等級較高的民用建筑工程項目，為了確保剪力墻結構能夠具備理想的抗震性能，保障剪力墻結構整體穩定性，設計人員就需要優先選擇約束邊緣構件，由此解決該方面在后續長期應用中可能出現的明顯受損問題[4]。當然，具體到邊緣構件設計處理中，設計人員還需要重點考慮到自身各項參數的合理設置，以便促使其可以有效融入剪力墻結構，且能夠協調好剪力墻，由此更好優化整個剪力墻結構的應用價值。對于邊緣構件自身的各項性能指標，設計人員同樣也應該予以綜合考慮，避免該方面成為民用建筑剪力墻結構的短板，可以以此更好優化整體穩定性。

2.5 配筋設計

在民用建筑結構設計中應用剪力墻結構時，設計人員還應該重點考慮到配筋狀況，以便借助于合理配筋來優化剪力墻性能，解決剪力墻本身缺陷帶來的問題。具體到剪力墻配筋設計中，設計人員應該注重結合實際需求，選擇好最佳配筋率，既要確保配筋率足夠提升剪力墻的強度、抗震性能和穩定性，也要避免過多配置鋼筋材料帶來浪費問題，由此更好優化剪力墻應用價值。一般而言，剪力墻的水平配筋率以及垂直配筋率均需要達到0.25%以上，如此才能夠有效提升其應用效果，解決因為過度控制工程造價帶來的剪力墻結構本身受損問題。當然，剪力墻的配筋設計還需要重點考慮到具體的鋼筋配置方案，確保鋼筋能夠在剪力墻中合理布置，盡量保障均勻性，由此更好發揮出所有鋼筋的應用價值，避免因為鋼筋分布不當出現不利影響[5]。對于剪力墻中鋼筋的配置，設計人員應該注重從水平方向以及垂直方面進行針對性處理，并且積極關注相互之間的協調性，由此形成更為穩定可靠的結構體系。剪力墻中水平方向的鋼筋應該盡量布置在外側，垂直方向則布置在內測，同時促使兩者進行嚴格綁扎，最后再配合混凝土材料的有效澆筑，形成應用價值較為突出的剪力墻結構體系。為了更好增強剪力墻結構中配筋應用效果，設計人員除了要考慮到鋼筋材料的合理配置，還應該重點考慮到鋼筋網片的協調布置，這也是增強剪力墻結構應用價值的重要手段。

3.民用建筑剪力墻結構設計注意事項

3.1 明確應用標準

民用建筑結構設計中應用剪力墻結構時，為了促使其得以最優化運用，設計人員應該注重首先明確剪力墻結構的應用標準，進而促使其可以得到理想運用，避免因為錯誤選擇剪力墻結構形式，導致后續民用建筑的應用價值受到影響，或者是難以形成理想的安全性保障條件。基于此，民用建筑結構設計人員應該對于剪力墻結構加大研究力度，準確掌握剪力墻結構的特點，明確其優勢和缺陷，進而也就可以結合民用建筑的實際狀況，確定是否可以應用剪力墻結構形式，避免隨意引入運用帶來不利影響。比如剪力墻結構形式雖然可以有效提升民用建筑工程項目的抗震性能以及穩定性，但是因為剪力墻的內部布置，往往很難形成較大的內部空間。如果民用建筑內部需要大容量空間，則不便運用剪力墻結構，即使選用了剪力墻結構，也需要針對剪力墻進行有效調整，避免形成空間局限性問題[6]。

3.2 協調其它部分

民用建筑結構設計中應用剪力墻結構時，設計人員除了要重點考慮到剪力墻結構本身的全面優化控制，往往還需要圍繞著整個民用建筑進行綜合分析，確保剪力墻結構可以和其它相關部分相協調，避免出現較為嚴重的沖突問題。基于此，民用建筑剪力墻結構設計人員應該注重立足于整個項目進行綜合分析，關注于剪力墻結構應用相關聯的所有因素，進而更有針對性地設置剪力墻，促使剪力墻可以發揮出理想的適用性，可以在民用建筑中形成較為理想的應用價值。比如在剪力墻結構設計中，設計人員就需要著重考慮到民用建筑基礎結構設計方案，明確基礎結構的布置狀況，尤其是對于基礎結構具備的抗震性能以及承載能力，更是需要設計人員著重考慮，以便由此更好增強民用建筑上部結構中剪力墻結構的設計效果，保障兩者較為協調連貫，避免在后續長期應用中出現整體穩定性受損問題。針對剪力墻結構和屋頂的協調性，設計人員也應該注重予以積極關注，尤其是對于上述連梁等關鍵構成部分，更是需要精細化處理，由此更好增強剪力墻結構在整個民用建筑結構體系中的融入效果，避免影響其它結構呈現效果的同時，還可以解決其它方面的干擾因素，最終更好優化剪力墻結構應用效果。

3.3 優化設計工具

民用建筑結構設計中剪力墻結構設計難度較大，要求相對也比較高，尤其是對于一些相對復雜的民用建筑工程項目，剪力墻結構布置需要考慮多方面因素，設計人員必然面臨較高壓力。為了切實優化民用建筑結構中剪力墻結構設計效果，除了設計人員要不斷提升自身綜合素質和能力，往往還需要從設計工具入手，借助于新型輔助設計手段，有效降低剪力墻結構設計人員工作壓力的同時，更好提升設計準確度。比如BIM 技術在民用建筑剪力墻結構設計中的應用就可以發揮出較強的作用價值，其不僅僅可以實現整個民用建筑工程項目的三維立體呈現，促使設計人員可以更為直觀開展剪力墻布置工作，降低了設計人員理解偏差帶來的設計問題；往往還可以有效提升設計工作的自動化水平，其中涉及到的大量設計工作均可以由BIM平臺自動完成，尤其是對于一些較為繁瑣的計算工作，就可以在自動化處理的基礎上，提升其準確度，解決該方面帶來的剪力墻結構設計偏差問題。當然，為了促使這些先進輔助設計工具得以優化運用，設計人員同樣也需要予以及時掌握，以便更好發揮出這些先進技術的應用價值，避免人員方面的限制問題[7]。

3.4 提升人員素養

民用建筑結構設計中剪力墻結構設計中，設計人員面臨較高要求，為了有效適應這一較高的設計難度，設計人員應該注重不斷提升自身綜合素質和能力，以便有效規避設計中可能出現的各類偏差問題。具體到剪力墻結構設計中，設計人員除了要掌握基本的設計理論和方法，往往還需要樹立質量意識以及精細化意識，避免在剪力墻結構設計中出現任何僥幸心理，尤其是在各項計算分析中，更是需要引起重視。

結語：

綜上所述，剪力墻結構作為民用建筑結構設計中常用形式，確實在多個方面發揮著積極作用，成為優化民用建筑結構體系應用效果的重要手段。為了確保剪力墻結構得以形成理想設計效果，設計人員應該重點圍繞著剪力墻結構的各個關鍵要點進行綜合分析，嚴格按照相關標準和規范，結合整個民用建筑工程項目的實際需求，確保剪力墻結構的布置較為適宜合理，降低出現設計偏差問題的幾率。