剪力墻結構設計在建筑結構設計中的運用研究分析

汪加樂

浙江東華規(guī)劃建筑園林設計（集團）有限公司 浙江 杭州 310005

現(xiàn)代建筑結構設計過程中，剪力墻結構設計應用已經(jīng)非常廣泛，這與該墻體結構的延展性、承重性以及結構韌性等優(yōu)勢特點關系密切。剪力墻結構類型也較多，如實體墻、聯(lián)肢墻、框肢墻等，不同結構設計產(chǎn)生的效果也略有不同，具體應用哪一類型，還要依據(jù)建筑整體結構設計要求進行。且該墻體結構設計雖然優(yōu)點眾多，使得建筑結構整體的強度增強，但其仍然存在一定缺陷問題，如剪力墻結構的耐久性較差，這也是該結構設計被廣泛應用，而沒有完全替代傳統(tǒng)結構的重要原因。從這一點上來看，剪力墻結構設計仍然需要予以高度重視、可靠優(yōu)化，確保剪力墻結構設計愈加趨于完善，可對建筑結構強度、穩(wěn)定性以及耐用性、使用壽命等產(chǎn)生更為積極的影響，促使建筑領域發(fā)展，愈發(fā)向著科技化、高質(zhì)量方向行進。

1 概述

剪力墻結構是當前較為廣泛應用的一種建筑墻體設計方式，就其具體內(nèi)容，可以通過以下兩點進行了解。

1.1 剪力墻結構概念

剪力墻結構是指以鋼筋混凝土板為主要結構（承重梁柱），控制結構水平力、承擔各類載荷內(nèi)力，能夠承載水平向力、豎向壓力的一種鋼筋混凝土板式墻體結構。剪力墻結構穩(wěn)定性相對較高，可約束建筑水平向力，整體提升建筑結構載荷能力。具體包括實體墻、聯(lián)肢墻以及框肢墻、有邊框墻、核心筒等幾種類型，如圖1所示。

圖1 剪力墻結構分類

1.2 剪力墻結構特點

剪力墻結構具有較為明顯的優(yōu)勢特點：穩(wěn)定、強度大以及延展性、經(jīng)濟性、抗震性能良好等。高層建筑中，剪力墻結構的應用，可以有效提升建筑工程性價比，降低成本的同時，保證建筑基本性能[1]。總結起來剪力墻結構具有剛度、受力以及抗震性能等多方面的優(yōu)勢體現(xiàn)，但也并非每一種建筑都適用剪力墻結構，具體還需充分結合現(xiàn)實情況進行考量，以條件優(yōu)化的實現(xiàn)效果評價，分析判斷是否適用該結構墻體。且裝配式剪力墻結構的耐久性相對較弱，依據(jù)裝配式剪力墻結構節(jié)點，如圖2所示，其耐久性受到縱向鋼筋、箍筋以及錨環(huán)、混凝土結構、預制墻板等各方面因素的影響，仍需予以進一步優(yōu)化設計，才能夠有效確保其耐久性能提升，彌補剪力墻結構設計不足，促使應用范圍擴大。

圖2 剪力墻結構節(jié)點

2 剪力墻結構設計原則

剪力墻結構設計的合理性，需保證遵循相應原則，具體如以下內(nèi)容所述，應從墻體受力、搭接以及剛度、延展性設計、剪力系數(shù)控制等角度，整體保證剪力墻結構設計合理，確保建筑結構設計能夠滿足工程建設需求。

2.1 墻體受力

墻體受力設計方面，應注意結合具體的分析結果進行。借助相應的測算標準，對剪力墻結構受力情況進行合理的測算，保證受力設計合理。剪力墻結構設計主要為鋼筋混凝土材料，與傳統(tǒng)框架梁柱結構設計不同，剪力墻結構承載建筑內(nèi)力較多，能夠保證建筑整體水平承載力提升。這就需要關注該結構墻體受力情況，對墻體各部位受力情況予以分析，影響受力的因素，受力為水平剪力，還是豎向壓力等，都應在受力分析中予以明確，確定墻體受力方向及剪力特點，便于進一步確定剪力墻墻體強度標準。

2.2 墻體搭接

墻體搭接設計，主要針對剪力墻結構與同類、異類墻體進行搭接過程中，應該注意的事項及具體搭接標準進行明確。剪力墻結構相對較為特殊，平面承受的力一方面來自自身重力、建筑豎向壓力，一方面來自水平方向的剪力，且結構整體的剛度較高。而剪力墻平面結構外力作用相對較小，如空間壓力、剪力作用較小，相比較而言剛度也不大，由此達到較好的自身穩(wěn)定性及延展性，對建筑結構的支撐、承載力更大。如此一來，就要求，墻體搭接后，同樣能夠保持剪力墻結構優(yōu)勢。如與梁體結構搭接，平面外彎矩增加可能性較大，應具體計算梁體結構承載力、剪力墻結構承載力及各個方面力的作用是否能夠合理抵消，以確保搭接結構穩(wěn)定。

2.3 剛度與延展性控制

剛度與延展性控制方面，主要因其對建筑結構穩(wěn)定性有一定的影響，需要對其予以高度重視，確保經(jīng)過合理計算、分析，保證結構剛度、延展性設計合理，才能夠確保整個建筑結構穩(wěn)定性。此外，還應保證外梁和剪力墻結構分離，以確保剪力墻外部承載力得到充分保障。且對于一些結構更加特殊的剪力墻，還可依據(jù)實際需求，對現(xiàn)場結構設計進行優(yōu)化，最大限度保證結構延展性、剛度。如上述與外梁結構合理搭接，可以一定程度優(yōu)化剪力墻結構內(nèi)外承載力，改善整體穩(wěn)定性能。

2.4 剪力系數(shù)控制

剪力系數(shù)控制，主要是從抗震性能角度考慮，分析剪力墻結構抗震性能需求及剛度需求，依據(jù)不同剪力墻結構形式，設計不同剪力系數(shù)[2]。與此同時，還要注意結構內(nèi)增加傾覆力矩，保證合理測算后，剪力系數(shù)能夠滿足具體要求，保證結構抗震性能。

具體設計時，應注意合理降低層間系數(shù)，水平地震剪應力小于層間系數(shù)。最大限度保證空間設計合理性，以適當增強結構水平剛度，據(jù)此計算出層間最小剪力系數(shù)。此外，還應最大限度降低結構自重，一方面減少成本支出，一方面優(yōu)化抗震性能。還要注意抗側(cè)剛度設計，對側(cè)向剛度設計時，對傾覆力矩、位移以及內(nèi)力等進行一定調(diào)整，確保剛度設計合理，結構抗震性能得以充分保障，整體安全性提升。

3 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的運用

建筑結構設計過程中，剪力墻結構設計的應用，可以從設計方案、定位、大墻肢設計以及平面布置等內(nèi)容進行了解，具體如下：

3.1 完善剪力墻設計方案

完善剪力墻設計方案，是從提升剪力墻結構優(yōu)勢表現(xiàn)的角度出發(fā)，強調(diào)進一步增強剪力墻結構設計作用，促使其對建筑結構設計產(chǎn)生更為積極的影響。

如針對剪力墻結構的穩(wěn)定性方面，為持續(xù)發(fā)揮其“平衡”作用，可以從設計方案優(yōu)化角度出發(fā)，充分結合建筑施工實際情況，利用現(xiàn)代科技對設計方案進行調(diào)整，使剪力墻結構設計與現(xiàn)實需求相符，同時又能夠最大限度降低剪力墻結構設計成本，最大化體現(xiàn)結構設計優(yōu)勢[3]。如剪力墻穩(wěn)定性設計方面，綜合考慮成本問題，可以從施工材料選用方面進行優(yōu)化，一方面保證材料符合剪力墻結構設計要求，另一方面設計要求施工人員嚴格按照相應的技術標準進行施工，對材料的運用要從合理角度，把控材料應用數(shù)量。對于長度偏長的剪力墻，應予以適當調(diào)整，且設置適宜洞口，以保證剪力墻長度適宜、協(xié)調(diào)性高，整體保證穩(wěn)定性增強。

此外針對剪力墻結構布置、結構受力點分析以及墻體厚度設計、配筋和邊緣構件設計、過渡層的設計、連梁設計等，都應該予以充分考慮、細化，確保能夠?qū)⒓袅Y構設計的優(yōu)勢充分體現(xiàn)出來，對建筑結構設計產(chǎn)生更為積極可靠的影響。

3.2 準確定位剪力墻結構

剪力墻結構定位是指，在具體開展結構設計工作時，應注意先明確剪力墻結構設計的目的，繼而明確具體設計中的各個環(huán)節(jié)定位問題。如剪力墻結構在剛度、延展性方面具有較大優(yōu)勢，在建筑結構設計中，應用剪力墻結構設計理論時，就應注意圍繞平面結構布置、豎向結構布置等內(nèi)容展開設計工作，且平面布置過程中，應確定剪力墻結構設計剛度需求、剛度中心、質(zhì)量中心，對剪力墻進行有效拉直處理。此外，整體設計應注意不能過于繁瑣，應嚴格按照剪力墻設計相應原則、規(guī)范性內(nèi)容，適選適宜剛度，滿足建筑結構設計穩(wěn)定、強度足夠等需求，以切實發(fā)揮出剪力墻的積極作用。

3.3 合理處理剪力墻內(nèi)大墻肢

剪力墻內(nèi)大墻肢是指長度超過一定范圍、高寬比達到一定標準的墻肢，這類墻肢一般在剪力墻結構設計中較為常見，大墻肢設計與墻身設計存在較為密切的聯(lián)系。在考慮加強大墻肢設計時，需要結合墻身設計進行。

如針對墻身設計時，應該注重對水平、豎向鋼筋的設計，一般運用定量分析法進行測算，且對于正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力的驗算也會運用該方法，確保結果整體設計的合理性、科學性。此外針對配筋設計問題，一般結合抗震性能考慮，1—3級抗震需求下，配筋率一般要求達到0.25%以上，4級抗震設計則要求配筋率達到0.2%以上[4]。

針對配筋問題，還有鋼筋尺寸大小、間距、直徑等內(nèi)容需要充分考慮，如尺寸大小應與抗震設計、結構設計墻體強度設計等相掛鉤，保證規(guī)格合理；水平鋼筋、豎向鋼筋間距要求在0.3m上下，直徑需大于0.8cm等，整體保證墻身的強度。在此基礎上，設計大墻肢時，才能夠保障一定的結構穩(wěn)定性，且為進一步提升大墻肢性能，還需進行細化處理，針對8m以上大墻肢，應預留相應的孔洞，便于施工后設計填充墻，將大墻肢分成小墻肢，通過調(diào)整計算方法，提高“截取”后的小墻肢配筋率。

3.4 合理平面布置

平面布置方面，設計應遵循“均勻性”“對稱性”原則，保證墻面剛度中心、質(zhì)量中心重合，達到有效控制扭矩的效果。且為有效防范不均衡作用力，造成的負面影響，還對剪力墻結構做拉直處理。沿著主軸走向，合理設計剪力墻結構，還應做好雙向、多項布置，持續(xù)優(yōu)化剪力墻抗震性能[5]。如減少單向墻設計，增強剪力墻功能性，有效節(jié)約成本。為保證剪力墻結構平面設計合理，質(zhì)量、安全性能得以充分保證，還需有效控制抗側(cè)力剛度，保證墻體重量設計合理（抗側(cè)力剛度過大，會使震力增加，重量增大，于結構穩(wěn)定性設計不利）。

具體可以從有效把控工程施工信息角度出發(fā)，運用相應的信息管理系統(tǒng)，對各項數(shù)據(jù)予以有效測算、整理，了解各個施工流程等，以確保抗震性能設計合理，如圖3所示。此外，針對一些相對較長或者較寬的平面結構進行設計時，一般會設置溫度伸縮縫，保證整體性的同時，又能夠兼具一定抗震性能。

圖3 項目信息管理流程

4 結論

綜上所述，現(xiàn)代剪力墻結構技術已經(jīng)相對較為成熟，在建筑行業(yè)該設計應用較為廣泛，雖然其自身存在一定不足，如耐久性相對較差等，但是其整體產(chǎn)生的結構韌性、強度及穩(wěn)定性相對較高，從即用標準角度來看，剪力墻結構應用的可靠性較高。當然技術在不斷發(fā)展，剪力墻結構設計同樣如此，整個技術在持續(xù)研究發(fā)展過程中，還有很長的路要走，結合建筑主體結構使用需求，對剪力墻結構設計進行更進一步的優(yōu)化，促使其耐久性方面再有所提升，相信其在整個建筑結構設計中的應用會更具優(yōu)勢。尤其在近些年的“裝配式建筑”理念發(fā)展、應用以來，其與剪力墻結構設計之間，存在較多契合點，能夠滿足現(xiàn)代建筑結構設計需求，對現(xiàn)代建筑施工建設便利、可靠、成本可控、質(zhì)量保障等方面的影響非常積極。因此更應該對剪力墻結構設計、建筑主體結構設計以及各相關技術應用等予以高度重視，并積極采取各類措施予以優(yōu)化。