剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析

焦陽

（山東建勘集團有限公司，山東 濟南 250000）

引言

房屋建筑是隨著人類活動的需要和社會生產的發展而發展起來的。而且技術和經濟的發展，為高層建筑的發展和實現提供了保障，所以高層建筑一定程度上反映了一個國家以及一個地區的社會和經濟發展，在建筑工程施工過程中，加大對框架剪力墻結構施工的重視力度，是現代化建筑工程發展的必然趨勢，也是提高建筑穩定性和經濟性的重要內容。因此，相關人員必須不斷創新優化施工技術，切實做好施工質量控制工作，以實現經濟和社會效益的和諧統一。

一、概念

建筑結構設計中的剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，承受著豎向壓力和其平面作用下的水平剪力的雙重力量。剪力墻的寬度和高度較大，但厚度相對較小，這使得剪力墻具備幾何特性以及不同于其他結構的受力特征。由于剪力墻厚度較小，相當于板的厚度，所以如果單獨使用，在地震災害下，很容易因剛度不足引起結構變形、斷裂等問題。所以在設計過程中，除要考慮增大剪力墻剛度外，還需對彈性變形能力和抗震性進行綜合分析，合理設計結構種類和規模，確保結構的穩定性、安全性。通常情況下，剪力墻結構設計以延性彎曲型為主。

二、剪力墻結構的分類

對高層建筑而言，因為其結構性能的要求相對較高，不同的高層建筑結構設計中，應根據整體的結構特點，確定在剪力墻結構設計是否必須開洞，如果存在開洞的必要，結構設計人員應考慮開洞的大小。根據高層民用建筑中的剪力墻設計和使用情況，一些剪力墻開洞，而一些剪力墻不開洞，且開洞的剪力墻結構中，洞的大小也存在著明顯的區別。因此，在高層民用建筑剪力墻結構設計中，開洞與否、開洞大小可以作為劃分基準，建筑結構中大多包含了實體墻、整體小開口剪力墻、多肢剪力墻、壁墻框架。對實體墻而言，其屬于不開洞剪力墻，當然，在一些建筑結構中應用時，實體墻剪力墻的開洞非常小，整個結構體系中沒有任何的受力突變和反彎點。整體小開口剪力墻比較特殊，同樣屬于小開洞結構，墻彎矩存在明顯突變，在高度上沒有反彎點分布，但局部存在反彎點。多肢剪力墻為大開洞結構。

三、建筑工程框架剪力墻結構施工技術難點

第一，建筑工程自身具有規模大、施工種類多、內容較復雜等特性，導致施工過程中體量較大，加大了從設計到施工環節的難度，同時還極易出現鋼筋選擇不規范導致的澆筑過程中的偏移、錯位情況；第二，在施工中可能由于沒有對模板支撐系統荷載力進行測量和優化，極易出現爆膜等不良事故，甚至會出現建筑坍塌等，其施工難點在于對剪力墻模板的結構設計和加固環節；第三，框架剪力墻施工難點還在于放線測量環節，其具備較強的針對性和精細性，需要全面做好準備和審核等各項工作，但是經常會出現失誤、設備不完善等因素導致測量數據精準度不足的情況，增加了后期的施工難度，大幅度提升了施工復雜性，難以對施工質量進行有效控制。因此，必須對各項施工技術進行深入研究，保障建筑工程質量。

四、建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用

（一）合理布置剪力墻平面

剪力墻結構抗震性、穩定性和安全性目標能否實現，在一定程度上取決于剪力墻的平面布置情況。在平面布置時，應從以下方面來開展：1.剪力墻平面布置應始終堅持對稱性和均勻性的原則，使得墻面中心可以完全和結構剛度中心重合，通過這種控制來減小扭矩，實現與墻體的對直；2.抗震剪力墻結構設計時，應盡量選用兩側都有剪力墻的設計方案；3.始終沿中心軸線的方向保持對稱性；4.將剪力墻抗側力剛度控制在合理的范圍內，設計人員在設計的過程中，可以直接利用T=(0.05-0.06)n公式來進行設計，其中，T 代表的是經驗公式，n 為剪力墻結構層數，在此公式下，確定剪力墻剛度的范圍，保持剛度和層數相符合；5.剪力墻布置不宜太密，盡量多布設均勻長墻，少布設短墻，最好使得墻肢厚度沿著高度方向上呈現均勻變化的趨勢；6.堅持“強周邊、弱中部”的布設要求，將剪力墻平面布設為L、T、十字形等多種簡單形式，以提升剪力墻結構的穩定性。

（二）定剪力墻墻肢長度

確定剪力墻墻肢長度時，首先應考慮滿足建筑功能的要求，其次是剪力墻墻肢長度不能太長也不能太短，確定原則是，盡可能布置長墻，少布置短墻。當墻肢長度很長時，受彎后產生的裂縫寬度會較大，墻體的配筋容易拉斷，因此墻段的長度不應過大，墻肢長度宜控制在8m 以內；當墻肢長度很短時，可能形成短肢剪力墻，短支剪力墻的出現可能會導致多樓層出現反彎點，受力發生改變，逐漸接近異形柱的狀態，抗震性能較差。所以為保障建筑的安全性，不會將其應用在地震區域內，且不得采用全短肢的剪力墻的結構。

（三）剪力墻結構厚度設計

根據國家的相關規定要求，若建筑工程的抗震等級是一級或二級，則剪力墻底部加強部位的厚度應大于200mm，并且應大于層高的1/16，剪力墻的其他結構厚度不能小于160mm；若剪力墻端頭未涉及翼墻，則應大于層高的1/12。但是相關規定并不適用于所有建筑結構，如在設計低高層或多層建筑結構時，若建筑層數在5～15 以內，該種情況下的剪力墻肢在重力荷載代表值下，軸壓比多小于0.2，若按照規定計算，底部功能要求3.9m層高，墻體厚度至少為240mm。若出現此種情況，設計人員應結合自身設計經驗，通過概念設計分析，重新規劃墻肢軸壓比，驗算剪力墻墻體截面的強度，科學設置配筋率，在確保剪力墻綜合性能符合建筑要求的情況下，減少墻體厚度。

（四）剪力墻墻體配筋的合理設置

在剪力墻結構中鋼筋使用量較大，因此合理配置剪力墻鋼筋是結構設計人員應該考慮的重要問題之一，通常情況下，墻體配筋是根據結構計算得來的，但部分墻配筋是按照規范規定確定的，在剪力墻墻身配筋過程中建議在滿足結構計算的前提下，將墻體的水平、豎向分布鋼筋分別按墻體的外側、內側進行配筋設計，這樣既滿足墻體承載力的要求，又能降低鋼材的用量，從而實現節約鋼筋材料的目的。

（五）對剪力墻的連梁設計展開優化

剪力墻設計中的連梁設計也非常重要，通過科學的連梁設計，建筑結構剛度得以改善，可以在一定程度上將側向位移控制在合理的標準內，進而來提升整體建筑的穩定性。但因為耦合梁剪力墻設計時常常會受到諸多因素的影響，如果在設計過程中缺乏對這些因素的科學考慮，可能會導致剪力墻的結構性能難以達到標準，無法提升高層建筑的整體性能。比如，在剪力墻設計中，如果連接梁的橫高度過小，連接梁就無法在整個高層建筑內發揮其作用，具體來說，當受到反復的荷載作用力時，結構裂縫將難以避免，剪力墻的質量安全問題突出。因此，針對連接梁在剪力墻中的作用，在剪力墻設計時應盡量選用高連接梁，做好相應的受力分析。

五、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用策略

（一）施工前做好事前分析

在框架剪力墻的施工環節中，在施工前要對該工程的占地區進行實地勘驗，然后結合得到的有關數據制定合適的施工方案，把框架剪力墻施工技術應用到整個施工環節中。在確定好施工方案之后，需要統一安排各種施工技術和內容，同時還要考慮到施工內的其他因素，比如施工的方向和內涵等，確保施工的效果。同時還要組建專業的管理部門以及工程設計及技術人員隊伍，確保工程交底工作的順利開展，隊伍需要明確施工環節中所涉及的各項內容，保證所有的施工負責人都能夠準確地按照方案進行，充分領會到設計者的意圖。要在設計工程中避免出現溝通不當而導致工程出現問題等情況，在保證工程施工質量的同時還要確保工作效率，避免二次返工問題出現，減少由于看不懂設計圖而導致施工出現各種問題的情況。除此之外，在施工之前，還要對施工材料及機械設備性能進行專業的檢查，在保證其安全性的情況下再開展工程。

（二）重視材料關卡。

框架剪力墻結構離不開混凝土材料的質量，所以，先要重視混凝土材料選取環節的工作。相關人員應當對設計內容進行深入地解讀，明確混凝土材料的具體要求并予以有效地控制，才能從根本上保障材料環節。比如，采購人員明確具體規格的混凝土材料后，應當在市場中選取與其相同的材料，杜絕使用類似或低劣的材料，否則會嚴重影響施工質量。同時，不僅要選取合適的材料，還要在材料的配比方面予以全面地控制。例如，水泥作為混凝土中的必要材料，其具有較強的水化熱特性，也會對加工后的混凝土材料質量產生影響，由此可知，混凝土調配環節必須要根據施工設計要求選取正確的材料，并添加合適的配比及用量，才能在試驗階段確定混凝土材料的強度、抗震性等。

結束語

在城市人口不斷增加的情況下，城市中的建筑高度會呈現逐漸提高的發展趨勢，剪力墻結構的應用范圍也會不斷提升，為進一步提升剪力墻結構的科學性和合理性，設計人員應對剪力墻結構的設計不斷進行創新與優化，通過應用剪力墻結構，促進我國高層建筑的建筑工藝更加成熟，推動我國建筑行業的不斷發展。