剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用探討

郝 如

(大同市二院建筑設計研究有限責任公司,山西 大同 037006)

0 引言

伴隨我國科學技術的進一步發展與社會經濟的持續提升，使得建筑行業迎來了較好的發展機遇。現階段，較多建筑企業為改進建筑質量、健全建筑功能，都開始大力引進新興科學技術進行建設施工。就剪力墻結構而言，最近幾年建筑業中獲取了大面積應用，剪力墻可結合建筑隔墻靈活布置，結構剛度大，連梁耗能能力強，民用建筑(特別高層住宅)中運用廣泛。此次研究先對剪力墻結構類型進行了闡述，而后介紹了剪力墻結構設計在建筑結構設計中的原則及要點，并對其具體應用展開了探討，最后基于實際給予了剪力墻結構設計在建筑結構設計中的優化策略，望推動其今后在建筑結構設計中的應用更具成效。

1 剪力墻結構的分類

具體而言，剪力墻結構受力情況隨洞口不同而變化。依據洞口大小可分成如下類型：

1)整體墻，墻體不開洞或開洞面積較小(開洞面積在墻體總面積中占比小于15%)，此類墻體變形以彎曲型為主，沿墻肢的高度方向上彎矩圖形下大上小，外包線為光滑的拋物線，既不發生突變也不出現反彎點；

2)小開口剪力墻，墻體開洞面積較大(開洞面積在墻體總面積中占比在15%～30%)，變形以彎曲型為主，彎矩圖位置存在一定的突變；

3)雙肢剪力墻，墻體開洞面積更大(開洞面積在墻體總面積中占比在30%～50%)，且洞口為列狀分布，剪力墻底部表現為彎曲型變形，上部表現為剪切型變形，總體側移表現為彎剪型；

4)壁式框架，墻體開洞面積甚大(開洞面積在墻體總面積中占比大于50%)，受力情況已接近框架，墻肢和連梁剛度較為趨同，變形以剪切型為主。

2 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的原則與要點

2.1 對墻體展開受力分析

剪力墻結構在建筑結構設計中，墻體是以平面布置的方式存在，需擔負建筑結構縱橫方向及豎向的剪力與彎矩，故對剪力墻結構設計期間應針對墻體本身的真實受力程度有效分析，以確保墻體設計安全。促使剪力墻在建筑結構設計應用中具備好的效果。

2.2 平面內布置要求

剪力墻結構應雙向布置,并使兩個方向剛度接近。剪力墻的抗側剛度和承載力較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，布置應盡可能均勻、對稱、周邊化。具體可從如下幾點體現：

1)剪力墻結構平面布置應和主軸方向相同，剪力墻應對直、拉通；

2)剪力墻結構豎向布置必須由上至下均勻連續，規避剛度突變等情況；

3)設計細高剪力墻(高寬比大于2)，提高延性并彎曲破壞，避免脆性的剪切破壞；

4)當墻肢長度超過8 m時，應采用墻體開洞方式設計成長度較小、均勻的聯肢墻。洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁；

5)剪力墻結構規避平面外梁和剪力墻相接，會造成墻肢平面外彎矩，應采取措施保證剪力墻平面外安全。

2.3 調整設計指標

首先，剪力墻結構需滿足抗震設計的最小水平地震剪力原則，需思考提升建筑抗震性的同時應酌情減小建筑結構的重量，不滿足需調整結構布置直到滿足要求。

其次，剪力墻結構應進行多遇地震作用下的抗震變形驗算，其樓層內最大的彈性層間位移應符合要求。即1/1 000計算樓層層高。同時剪力墻的布置需規則均勻，優選規則的形體，剪力墻布置沿豎向宜均勻變化、截面尺寸與材料強度自下而上逐漸減小。避免側向剛度和承載力突變。滿足結構設計的平面與豎向規則性要求。

最后，剪力墻結構中連梁設計需滿足設計要求避免超筋。跨高比小于5按強連梁設計，跨高比不小于5的連梁按弱連梁設計即框架梁設計。在確保連梁強剪弱彎的前提下，盡可能利用連梁的剛度吸收地震能量并耗能，合理確定墻肢內力與配筋，當連梁超筋時可通過以下方法處理：1)減小連梁截面高度或其他減小連梁剛度的措施。2)連梁的彎矩可塑性調幅。3)連梁的鉸接處理。設計剪力墻結構連梁除了滿足以上要求外，還應滿足規范的構造要求。

3 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的具體運用

3.1 剪力墻結構的平面布置

剪力墻平面布置期間，應確保其具備較好的均勻性和對稱性，從而讓剪力墻結構剛度與其質量中心能夠有效重合，規避扭轉現象的形成。同時需盡量對內外剪力墻拉直均勻，剪力墻設計必須平面與豎向規則對稱。并依據均勻對稱這一理念開展工作。同時，剪力墻不可單面設計，應雙向布置，且方向與主軸方向相同。此外，施工期間需最大程度確保建筑質量和整體安全性，合理縮減投入成本，剪力墻結構設計墻體長度不宜過長，抗側力剛度不宜過大，以規避墻體承載力分配過于集中不利于建筑物的抗震性能。

3.2 剪力墻連梁鋼筋配置

連梁作為剪力墻結構里面承載豎向荷載的核心構件，可促使結構剛度變大，在發生地震時可發揮較好的耗能作用。因此在剪力墻結構設計中，應對連梁按實際承載力計算，讓其彎曲破壞先于剪切破壞，確保結構具備較強的安全性。配筋設計必須嚴格按照對應的設計規范設計，施工必須嚴格依照規范施工，確保結構安全。

3.3 剪力墻邊緣構件的設計

為提高建筑物的延性，剪力墻結構設計中要求設置邊緣構件，其可大幅提高建筑物的抗震性能，并減少建筑物的水平位移。同時邊緣設計還可強化剪力墻的抗剪能力。

3.4 對剪力墻墻身鋼筋要求

剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率，抗震等級一、二、三級時均不應小于0.25%，四級和非抗震設計時均不應小于0.20%。房屋頂層剪力墻、長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻、端開間縱向剪力墻以及端山墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率均不應小于0.25%，間距均不應大于200 mm。設計時除了滿足承載力計算配筋外，必須滿足上述構造配筋要求。施工單位嚴格按施工要求布置鋼筋并澆筑混凝土。

3.5 對剪力墻肢截面厚度要求

剪力墻厚度:

1)應符合規范墻體穩定驗算要求。

2)抗震墻的厚度，一、二級不應小于160 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/20，三、四級不應小于140 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/25。

3)底部加強部位的墻厚，一、二級不應小于200 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/16，三、四級不應小于160 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/20；剪力墻厚度限定最低值，可確保剪力墻具備較好穩定性，建筑結構具備較好安全性。

4 剪力墻設計在建筑結構設計中的優化策略

4.1 剪力墻結構設計的改進

依據現階段的建筑工程項目建設情況而言，剪力墻結構優化設計屬于工程建設實用性設計的核心要點。因建筑工程墻體承載力通常為剪力墻承擔，而建筑施工期間，剪力墻會以主體結構的身份最先施工，故建筑工程施工期間應對剪力墻結構設計的改良給予足夠重視，以確保既符合建筑設計標準，又與施工成本所提需求相符。譬如進行剪力墻設計時，可選擇優化地基性能以減少建設成本，或與建筑特性、地質條件銜接選取最優建筑方案，既滿足現行建筑設計規范要求又滿足建設單位節約成本的要求。

4.2 對建筑構件和連接點位置的質量給予關注

剪力墻結構設計期間，若連接點設置缺乏合理性，則會形成施工裂縫，影響剪力墻承載力、抗震性，使建筑物整體質量不符合要求，故必須對剪力墻設計中的建筑構件和連接點設計高度關注。同時，因材料自身問題也有可能促使剪力墻結構設計出現問題，故設計期間應對其給予足夠重視。要知道現今社會民眾對建筑質量極為關注，為了提高社會民眾對建設工程的滿意度，剪力墻結構設計應朝著高標準的方向設計，設計師需對建筑主體結構連接點的穩固性加以加強，以強化建筑工程整體穩定性。

5 結語

概括而言，將剪力墻結構應用到建筑結構設計中，既能確保建筑整體功能健全又能縮減建筑投入資金，提高房屋建筑經濟效益，促使建筑企業獲取較好利潤。故而對于今后的建筑結構設計，應對剪力墻結構設計給予高度關注，從而探索更多更好的建筑結構設計方案，以推動建筑業獲取可持續性發展。