剪力墻結構設計原則及應用研究

郝 鵬

(山西萬國商業廣場開發有限公司,山西 太原 030021)

近年來，建筑企業的快速發展，使社會對其質量給予了更多的關注，也在建筑結構設計以及建筑功能上提出了更高的要求，為此，建筑企業在進行結構設計中，必須從目前建筑企業的發展形勢出發，有針對性的優化建筑結構設計，提升其穩定性、安全性。而剪力墻結構因其抗側剛度性能好，能夠吸收大部分建筑結構水平作用力以及水平剪力，提升建筑物整體的抗震性能，因此，得到了業內的認可與青睞，被廣泛的應用到建筑結構設計中。但在具體的應用中，必須在明確剪力墻結構的特點以及原則基礎上，才能保障剪力墻結構得到正確與科學的應用。

1 剪力墻結構以及結構特點

根據剪力墻結構是否開洞這一準則對剪力墻類型進行劃分，可以分為實體墻、小開口剪力墻、框架壁式墻、雙肢或多肢剪力墻等不同的類型，不同類型的剪力墻結構都有著自身的獨特特點，在設計過程中，要結合建筑項目的建設要求以及功能來選擇剪力墻結構類型。從整體的角度來看，以下特征是所有剪力墻結構都具備的特征：一是良好抗震性能，其能夠吸收建筑結構在外部荷載以及自身荷載下產生的水平剪力與作用力，從而抗震性能與其他結構相比較強；二是滿足了建筑結構設計美觀性的要求，剪力墻結構設計能夠保持室內墻面的平整，從而滿足了外觀設計上對美觀度的要求[1]。但由于剪力墻結構具有穩定結構，提升結構安全性的作用，其在具體施工中涉及到諸多內容復雜的環節，與其他結構相比，施工成本較高。

2 剪力墻結構設計原則

2.1 系數調整原則

在進行建筑結構設計時，首先要考慮結構的抗震性能，抗震性能能夠保障建筑的穩定性與耐用性，而建筑結構的抗震性能主要受樓層之間的剪力以及水平作用力影響，所以，結構設計首先要將結構之間的水平地震剪力與作用力控制在最低[2]。因此，應用剪力墻結構設計方式，根據建筑工程項目的實際情況對結構自身的重量以及相關系數進行調整，能夠在不影響建筑結構穩定性基礎上，通過降低自身自重的方式提升結構的抗震性能。

2.2 樓層間位移調整原則

在進行建筑結構設計時，設計的要點以及重點是控制樓層之間出現的剪切變形以及扭轉變形，為了實現這項控制目標，應用剪力墻結構，可以對結構的豎向構件數量進行合理的調整，從而有效的控制剪切變形的出現。但需要注意的是，在對豎向構件的數量進行調整時，要保障構件數量合理，過多豎向構件會導致結構的剪力失去平衡，影響結構的穩固性，從而導致建筑在運營過程中出現質量問題，而且剪力失衡后，樓層之間會因剪力不平衡出現程度較大的扭轉變形問題[3]。在設計過程中，為了有效提升結構整體的抗震性能，設計時需要重點關注結構各個樓層之間的變形與剪力變化情況，及時通過對樓層位移與高度比進行調整，保障結構整體的合理性。

2.3 連梁調整原則

在進行建筑結構設計時，將連梁跨度比控制在5以下，才能保障總彎矩中豎向荷載產生的彎矩比例處于最低狀態，這樣能夠避免因水平荷載產生彎矩對結構造成的剪切變形的發生幾率，從而減少了結構中以及墻體表面裂縫的出現。而如果在結構設計中將連梁跨高控制在5以上，豎向荷載產生的彎矩將會在結構總彎矩中占較大的比例，這種情況下，結構的受力情況與一般框架梁結構一致。因此，為了充分體現出剪力墻結構的優勢，在設計過程中必須嚴格對連梁的跨度比與跨高進行控制，有效的避免剪力與彎矩對結構的抗震性能造成影響[4]。需要注意的事項是，實際設計中，設計人員必須根據工程項目的實際情況以及具體要求，科學的對橫梁之間的距離進行調整，從而在滿足結構抗震要求基礎上，節約工程施工的成本。

3 建筑結構設計中剪力墻結構設計及應用

剪力墻作為建筑結構設計的重要方式，在設計過程中，應合理根據不同類型結構的特點進行結構設計優化，充分利用剪力墻結構設計的優勢，提升定位的精準性、平面布置的合理性、嚴格對墻肢截面厚度進行控制、保障連梁鋼筋布置的科學性。為此，本文對上述幾個方面的設計進行了具體分析。

3.1 剪力墻定位

在建筑結構設計中應用剪力墻結構，應準確的進行剪力墻定位，將其剛度中心與質量中心重合，這樣才能保障平面布置上，結構整體處于均勻、對稱的狀態，從而發揮出保障結構整體穩定性的作用。所以設計中最好沿著建筑的主軸作為設計方向，同時展開對稱式的設計，并盡量在設計上避免出現單向有墻的設計[5]。具體的設計為：一是在設計平面結構為圓形、弧型以及正多邊形時，剪力墻應按照環向或徑向的方向進行布置。二是在對平面結構為Y形或I形進行設計時，剪力墻應按照三個軸線的方向進行布置。三是在對平面結構為T形或L形以及矩形進行設計時，剪力墻應按照形狀自身的軸線方向進行布置。

總而言之，在剪力墻平面設計的定位上要遵循對稱性原則，盡量保障建筑結構的兩側對稱，并使質量中心與剛度中心重合在一起，控制墻體的扭矩程度，避免出現變形。而在對內外部剪力墻結構進行設計時，要遵循拉通與對直的設計原則，并保障剪力墻肢體截面處于規則的狀態。

3.2 平面布置

平面布置是建筑結構設計中的關鍵環節，平面布置的合理性與科學性直接決定了剪力墻作用與價值的體現。但是為了保障結構穩定，平面布置也要遵循對稱以及均勻的原則，保障布置過程中能夠對質量中心與剛度中心的位置進行控制，使其在施工過程中能夠重合在一起，這樣的設計能夠保障剪力墻的作用得到最大程度的發揮，尤其是在提升建筑結構抗震性能上有著重要意義。

3.3 墻肢截面厚度控制

我國在剪力墻結構設計規范中，對剪力墻的截面尺寸確定進行了明確規定，其截面要滿足建筑結構抗震等級的要求。其中，根據一級與二級抗震設計的要求，進行墻肢截面控制。其中，針對所有的剪力墻結構類型，都要求其底部的加強位置厚度應控制在200 mm以上，墻體的其他部位厚度應控制在160 mm以上；而根據三級與四級建筑抗震設計的要求，墻體截面厚度應控制在160 mm以上，底部加強位置的厚度應控制在180 mm以上。

3.4 剪力墻連梁鋼筋配置

在剪力墻結構設計過程中，連梁超筋問題經常出現，因此，必須對連梁鋼筋進行合理配置，才能避免這一問題對設計質量的影響。連梁超筋指的是結構設計過程中剪力墻墻體的剪壓比不滿足設計要求或墻體自身剪力不足，這種問題經常出現在連梁容易發生超筋的位置，同時在剪力墻結構高度處于建筑總高度1/3的位置時也經常出現。但是建筑結構的墻段具有長度長的特點，因此，其中間的連梁也容易出現超筋的問題。另外，當墻體肢體截面高度出現不均勻的情況時，截面剛度較弱的位置也經常出現超筋的問題。出現超筋問題后，直接會造成的影響是導致結構出現剪切變形，所以，設計過程發生連梁超筋問題要及時進行解決，具體的解決方法有：一是在抗震設計環節，可以通過對連梁剪力以及彎矩塑性的調整避免超筋問題的出現；二是在設計中盡量對連梁截面的高度進行控制，有效的降低高度；三是總結經驗與教訓，在結構中經常出現超筋的問題，按照鉸接的方式對其進行設計與處理，再進行計算，墻體結構的位移比將會滿足建筑設計要求。

4 結語

隨著我國建筑行業的快速發展，保障建筑物的穩定性、安全性、耐用性以及各項功能的實現，不僅是為我國民眾營造良好的生活環境，還有著保障我國社會和諧穩定發展的作用。因此，具有抗震性能強、穩定性好、施工效率好優勢的剪力墻結構在建筑結構設計中得到了廣泛的應用，但每種類型的剪力墻都有其使用范圍以及自身優勢，在設計過程中，要根據工程的實際情況以及建筑項目的設計要求合理進行選擇剪力墻結構，并科學的根據剪力墻設計原則展開結構設計，從剪力墻定位、連梁鋼筋布置、墻肢截面厚度控制等角度合理的應用剪力墻設計原則，從而有效的提升建筑結構設計的質量與水平，為實現我國建筑行業的持續、穩定發展提供堅實保障。