剪力墻設計在建筑工程結構設計中的運用分析

王昊

（山西五建集團有限公司， 山西 太原 030013）

經濟高速發展的影響之下， 建筑施工行業也已經進入了轉型發展的新階段， 因此需要重視建筑設計以及施工管理層面的改革實踐， 最終在保證施工效率的基礎之上提高施工質量。 要注意在前期結構設計以及后續施工環節重視剪力墻結構的應用實踐，借此來提高建筑物的整體性能， 全方位滿足住戶的居住需求。 相關環節的改革實踐之中， 要注意理清楚剪力墻結構的基本概念， 進而由此著手找準各環節細節工作的側重點、 提高改革效果。

1 剪力墻結構的基本概述

剪力墻是實際建筑施工中經常會用到的結構墻體模式， 有時剪力墻結構也會在建筑施工中被用作抗震墻。 剪力墻具有厚度小、 承載力強的特點， 并且已經在建筑施工領域得到了相對廣泛的應用實踐，而這方面的創新改革也在原有基礎上提高了建筑物的支撐和抗壓效果， 進而提高了建筑物的安全性。

為了滿足實際施工需求， 需要在綜合考慮各環節細節因素的基礎之上選擇合適的剪力墻結構模式，進而在保證施工質量的基礎之上提高施工效率。 實際施工中， 常用的剪力墻結構主要包括以下類型:第一， 實體剪力墻。 其特點在于沒有在墻體設置洞口， 因此具有較強的穩定性和承重能力[1]。 第二，整體小開口剪力墻。 在施工過程中， 會在這部分剪力墻上開孔。 雖說孔洞的面積通常不會超過剪力墻結構的15%， 但卻仍舊有可能對墻體結構的穩定性和承載力造成影響。 在此基礎上， 施工過程中還會有可能造成連接處反彎的問題， 因此使用過程中要注意把控好相關環節的細節問題， 以保證整體施工質量。 第三， 雙肢剪力墻結構。 由于該剪力墻結構會設置有較大的孔洞， 因此會對整體結構的穩定性產生較大影響。 如果要在建筑工程的結構設計之中使用該形式的剪力墻結構， 則需要重點把控好各個環節的細節問題， 從而降低孔洞對于剪力墻承重能力和穩定性造成的負面影響。 第四， 壁式框架剪力墻結構。 由于該類型的剪力墻結構會開設有較大的孔洞， 因此不可避免的會對其整體承載能力和穩定性造成負面影響[2]。 前期設計以及后續施工環節，如果要使用該形式的剪力墻結構， 則同樣需要重視各環節細節問題的監督把控好各個環節的細節問題，以保證整體設計效果和施工質量。 四種剪力墻結構的圖示如圖1 所示。

圖1 剪力墻結構的圖示匯總

2 剪力墻結構設計中存在的問題分析

雖說剪力墻結構已經在實際建筑施工之中得到了較為廣泛的應用實踐， 但前期設計階段卻仍舊存在諸多需要進一步解決的問題。 而解決好這方面的問題便成為了今后一段時期內的工作重點。 問題分析如下。

2.1 設計層面存在的問題

實際工作中， 要注意以建筑物的結構性能以及實際強度為出發點完成具體的剪力墻結構設計工作。參照相關環節的設計案例可知， 實際設計工作中會有出現不規則結構的可能， 主要原因在于設計人員沒有實現對于各環節細節問題的精準把控， 并且沒有重視某些特殊因素對實際設計質量造成的影響，所以很難保證設計方案的準確性和有效性。 除上述問題之外， 還需要重點關注構件施工質量的風險問題。 在無法保證構件施工質量的前提下， 很有可能會在后續施工以及使用過程中出現安全風險隱患。實際結構設計之中， 還會有可能在各種不確定因素的影響之下使各種不同的剪力墻結構出現較大的使用差異， 這邊需要設計人員根據實際工作需要做好各環節細節工作的優化調整， 進而在保證方案可行性和施工質量的基礎之上降低工程造價[3]。 然而結合實際工作現狀分析， 目前設計人員仍舊停留在以照搬計算機數據點算模型為主導的設計階段， 因此會造成方案不合理和工程成本居高不下的問題。

2.2 結構計算參數標準存在的問題

實際剪力墻結構設計之中， 需要完成相關數據的計算工作。 現階段， 已經對各個環節的數據提出了具體的要求， 并且必須要在超過設定數值的基礎之上才能夠保證其合理性， 但就實際工作現狀分析，這一環節的工作情況其實并不理想。 例如， 振型數的設計計算很容易會受到建筑物類型的影響， 并且在多塔類型的建筑結構之下很容易會出現數據計算偏差的問題。 在上述問題的影響之下， 配筋率等數據的計算工作也會出現偏差。 其實這方面的問題都會影響到設計效果， 進而影響到建筑物結構的穩定性和可靠性。

2.3 連梁環節的問題

如果要使用雙肢式的建筑剪力墻結構， 那就必須要發揮出連梁的連接作用。 連梁的優勢主要體現在跨度和截面面積之上， 施工過程中連梁會產生較為突出的內作用力。 因此在計算剪力墻的剛度數值時需要全方位考慮剪力墻的受力情況， 并且需要重點關注相關數據的準確度[4]。 然而結合實際工作現狀分析， 施工過程中由于人為疏忽或是連梁超筋問題的影響， 根本無法保證有關數據的準確度并且連梁也難以達到建筑物需要的固定要求， 由此而造成了極大地質量和安全隱患。

3 剪力墻設計在建筑工程結構設計中的應用實踐分析

3.1 提高設計方法的合理性

要想確保建筑工程建構設計的科學性和合理性，需要從剪力墻設計、 結構布局等方面入手， 以確保設計方案在抗震性能方面能夠達到理想狀態。 選用最為科學的設計方法是確保剪力墻設計質量的基礎條件， 要求設計人員能夠從建筑的實際情況及質量要求入手， 結合對工程的實際需求以及安全性能選擇最為合適的設計方案。

在對設計方法進行選擇時， 工作人員要充分考慮到剪力墻結構所具有特性和優勢， 為了確保其能夠在受彎的狀態下也能夠發揮良好性能， 可以在設計過程中根據工程項目的實際需求調整其寬度。 但需要注意的是， 如果剪力墻結構長度過長會影響到工程的減震效果， 進而影響到墻體的工程質量。 在針對設計方法的選擇上， 設計人員也要充分發揮大數據的資源優勢， 通過大量的數據印證和實踐演練得出更加精確的結果， 并根據現有問題制定出有效的應對方案， 既要保證剪力墻結構布置的合理性，又要確保其穩定性能夠滿足工程質量的實際標準。

3.2 基礎方案及承重構件設計

前期， 需要在綜合考慮施工區域水文、 地質條件以及周邊建筑物分布情況的基礎之上完成基礎方案的設計工作， 進而為后續相關施工工作的有序推進打好基礎。 在此基礎上， 設計人員還需要在綜合考慮各環節實際情況的基礎之上遵循現行的技術標準做好剪力墻承重構件的規劃設計工作， 從而保證建筑物主體結構的穩定性。 這一環節的設計工作之中， 要注意提高對于墻體配筋率問題的關注度。 具體來說， 水平和豎直方向上的配筋率都不能低于0.25%。必要時， 還應當對結構底部的配筋率進行適當的加強處理， 讓其不低于0.3%。 實際工作中， 要注意引導設計人員準確把控基礎方案與承重構件設計之間的聯系性， 并且在整合工作經驗和現行技術參數標準的基礎之上完成好具體的設計工作， 進而避免相關環節的風險隱患并且保證設計方案的可行性。

3.3 剪力墻結構的設計

實際設計工作中， 只有雙向設計才能夠發揮出剪力墻結構的優勢， 并且需要盡量讓兩個來自不同方向的剛度保持一致， 在墻體內部形成空間結構。在剛度中心與建筑中心出現較大偏離的情況之下，需要注意做好墻肢長度、 連梁高度、 剛度中心位置的調整工作。

已知剪力墻抗側剛性較強， 并且結構自振周期較短， 因此會承受較大程度的水平地震剪力作用。隨著時間的推移， 這類問題會直接影響到剪力墻結構的性能及穩定性。 為了最大限度的減輕水平地震剪力對建筑結構造成的沖擊力， 最主要的就是降低剪力墻結構的整體自重， 增強結構的抗側移剛度。具體需要通過減少墻體厚度、 增加主次結構墻體間距或是減少墻體數量的方式來完成上述改革實踐。承載能力顯著和平面剛度顯著是剪力墻結構最為值得關注的優勢， 但其在平面外承載力方面卻存在非常明顯的短板。 由此著手分析， 不能在實際設計工作中將平面外方向的連梁與剪力墻結構直接連接在一起， 否則會造成墻肢平面外彎矩增大的問題， 進而影響到梁體結構的穩定性。 設計工作中， 可以嘗試采用半剛連接的設計思路完成對于墻肢平面外彎矩的調整工作， 進而解決好上述問題。

3.4 大墻肢處理

實際設計工作中， 設計人員要充分考慮到剪力墻結構自身具有的延伸性， 如果因為工作失誤未對這一環節的工作進行必要的監督調整， 則會影響到剪力墻結構的整體穩定性。 在此基礎上， 設計剪力墻結構的初衷在于全方位滿足建筑物的承載力要求，因此可以通過封層間隔設計的方式將較長的剪力墻結構拆解成一定數量的獨立墻段， 從而提高墻體結構的穩定性。 這一設計能夠避免建筑工程在投入使用之后因為外力作用而造成的剪力墻結構破壞問題。前期設計規劃環節， 還需要規劃好剪力墻結構的開孔位置， 進而通過這種方式將大墻肢轉化成短墻肢。要注意引導施工人員做好開孔的封堵工作， 并且需要通過調整鋼筋數量的方式提高剪力墻結構的承載能力。

3.5 剪力墻厚度和配筋率設計

首先厚度設計環節， 需要在現行技術標準和政策發揮的約束之下做好具體的厚度控制工作。 在建筑物抗震等級為一級和二級的情況下， 需要將剪力墻底部加強部位的厚度控制在200mm以上， 之后還需要讓其大于層高的1/16。 在此基礎上， 不能讓剪力墻其他結構的厚度小于160mm。 如果剪力墻端頭未涉及翼墻， 則需要讓其厚度大于層高的1/12。 雖說需要在結構設計環節遵循上述規定， 但上述規定卻并不適用于所有建筑。 如果建筑物的層數在5 ～15層以內， 此時剪力墻結構的軸壓比大都會小于0.2。如果按照這一原則進行計算， 則剪力墻的厚度需要控制在240mm以上。 在上述情況之下， 工作人員需要依據自身的設計經驗在分析相關理論概念的基礎之上控制好墻肢軸壓比， 進而明確剪力墻墻體的截面強度并且完成好配筋率的設計工作。 如此便可以在保證剪力墻結構使用效能的基礎之上控制好墻體的厚度。

其次需要做好墻體配筋率的設計工作。 現行的政策和技術要求規定， 如果建筑物的抗震等級為一、二、 三級， 那么水平和豎直方向的最小配筋率不能低于0.25%。 在此基礎上， 不應當讓部分框支剪力墻結構底部加強位置的配筋率小于0.3%。 如果按照上述規定完成好剪力墻配筋率的設計工作， 可以在長度較大或是高度較高的剪力墻結構之中保證整體穩定性， 但在面對低矮型剪力墻時則需要根據實際需要對配筋率進行必要的調整改動。

3.6 連梁的設計與優化調整

連梁主要承擔的是連接墻肢的作用， 并且墻肢也會在建筑工程投入使用之后由于實際產生的負荷而出現彎折現象。 這類問題會直接影響到連梁的平直度和穩定性。 實際工作中， 可以通過改善連梁受力情況的方式完成好相關環節的設計實踐， 并且提高其整體性能。

結合實際工作現狀分析， 需要在連梁設計中重點關注以下問題: 第一， 做好連梁剛度的折減處理。在連梁跨高較低， 與相連墻肢剛度存在較大差異的前提下， 實際產生的水平應力會使連梁受到較大的內力作用， 之后便會讓其出現連梁裂縫或破損問題[5]。 基于上述現狀分析， 需要在實際設計工作中做好連梁剛度的折減工作， 并且需要將折減系數控制在0.5 以上。 第二， 增加洞口寬度。 在降低連梁剛度時還需要通過增加洞口寬度的方式提高整體結構的抗震性能。 第三， 根據實際需要增加建立墻的厚度。

4 結語

在建筑施工行業轉型發展的大背景下， 各方對于建筑工程的施工質量也提出了一系列新要求， 于是建筑工程的結構設計問題成為了爭相關注的熱點話題。 剪力墻結構是近幾年新興的建筑結構， 將其應用于建筑結構設計之中可以達到提高建筑物抗風抗震能力、 延長建筑物使用壽命的效果， 因此要提高對于剪力墻設計的關注度。 重點在于通過各環節細節工作的優化把控讓剪力墻結構在前期設計以及后續施工之中發揮出應有的作用， 進而提高建筑物整體結構和施工質量的穩定性。 前文立足于實際工作經驗在分析相關理論概念的基礎之上針對剪力墻設計在建筑工程結構設計中的運用實踐進行了整合分析， 希望能夠推動建筑工程結構設計工作的創新改革。