關于建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)設計要點及其運用分析

王宇荃

（江西省機械工業(yè)設計研究院， 江西 南昌）

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

眾所周知，剪力墻主要是指在建筑工程中用來承受地震和風荷載等引發(fā)的水平荷載的墻體，因此，也被稱為抗震墻、防風墻，其主要目的是在于有效的防止建筑物結(jié)構(gòu)收到剪力的影響而被破壞。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中，施工企業(yè)經(jīng)常采用鋼筋混凝土墻板代替框架結(jié)構(gòu)的梁和柱，從而有效地控制建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載。而且由于剪力墻具有剛度高、抗震能力強、整體性能好等眾多的優(yōu)點，廣泛應用于各種建筑結(jié)構(gòu)中，已成為房地產(chǎn)開發(fā)商的主要關注。但在實踐過程中，由于剪力墻結(jié)構(gòu)不夠完善，在施工應用中也存在著一些缺陷，這就要求我們正確認識剪力墻結(jié)構(gòu)，進行科學合理的設計，進一步保證剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能，進而為對建筑業(yè)的發(fā)展做出應有的貢獻。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設計的原則及其設計要點

2.1 設計原則

剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要的受力結(jié)構(gòu)?？紤]到建筑使用的安全系數(shù)，因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設計過程中需遵循以下設計原則。

（1）合理調(diào)整樓層位移與樓層高度之比的原則。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中，應根據(jù)層數(shù)、層高、層間最大位移等比例調(diào)整樓層高度，降低建筑物的變形量。

（2）合理調(diào)整剪力墻跨度和高度比原則。根據(jù)不同建筑性能進行合理調(diào)整，并根據(jù)不同跨高比進行合理設計，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)的良好性能。

（3）樓板間最小剪力系數(shù)原則。在建筑結(jié)構(gòu)設計中，采用數(shù)字化手段來計算建筑受力，提高建筑物的抗震、抗側(cè)力和承載力，對剪力墻與地板間的剪力系數(shù)進行控制，有效降低建筑物本身的重量，進而降低施工難度和減少施工成本。

2.2 設計要點

（1）剪力墻的規(guī)格選擇

為保證剪力墻的使用壽命，在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中應限制剪力墻的寬度和厚度。例如，一般剪力墻的分支長度不應超過 8米。由于剪力墻很薄，住宅的設計一般不超過20厘米。當高寬比系數(shù)大于2時，性能較好，可防止建筑物在應力作用下的脆性破壞。如果剪力墻的分支長度超過 8米，它將成為獨立的剪力墻結(jié)構(gòu)，或為滿足其性能，剪力墻將通過打開剪力墻形成分段應力平衡剪力墻。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的平面設計

在建筑平面設計中剪力墻對室內(nèi)空間的劃分以及建筑整體性能有著重要的影響，因此應重視平面剪力墻的布局。首先，剪力墻結(jié)構(gòu)應沿主軸方向采用T形或L形雙向平衡布置，避免成“一”字布置，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而降低建筑物在地震中的扭轉(zhuǎn)程度。其次，剪力墻數(shù)量不應過于密集，厚度應計算和設計，否則建筑物本身的重量會增加，不利于建筑物的長期發(fā)展。最后，為使建筑剪力墻的剛度分布均勻，應控制剪力墻的開口位置和尺寸。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)的其他細節(jié)設計

(1)連梁的細部設計，即連接墻肢和墻肢的建筑結(jié)構(gòu)中的梁，稱為連接梁。在長期水平荷載作用下，采用輕質(zhì)材料填縫的連接梁結(jié)構(gòu)設計，可以大大降低剪力墻的失效概率，提高剪力墻的結(jié)構(gòu)性能。

(2)結(jié)構(gòu)材料設計。豎向鋼筋和橫向鋼筋的布置、水泥砂的性能等級及其在剪力墻結(jié)構(gòu)中的比例等細節(jié)都是影響剪力墻結(jié)構(gòu)設計性能的重要因素。因此，在選擇材料時，應計算建筑物的結(jié)構(gòu)力，并選擇正確的材料以實現(xiàn)建筑設計要求。

3 建筑結(jié)構(gòu)設計中剪力墻結(jié)構(gòu)設計的運用

3.1 墻肢長度與厚度的設計

（1）墻肢長度

在設計中，設計者對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的長度有明確的控制，墻肢長度一般小于 8米。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設計過程中，設計者應保證剪力墻體系的延性。為了消除剪力墻結(jié)構(gòu)的脆性破壞，剪力墻的高寬比可以大于3，從而提高剪力墻結(jié)構(gòu)的抗剪強度。力墻的延性使其在地震作用下彎曲。為保證墻高寬比大于3，長墻可以通過開孔等措施分成均勻的肢體墻。

（2）剪力墻厚度

根據(jù)抗震規(guī)范的要求，當高層建筑的抗震等級為1或2時，需要對剪力墻底部進行加固。墻體厚度應大于200毫米和高層建筑高度的1/16。對于未加固區(qū)域，墻的厚度不應小于 160毫米。在特殊情況下，對高層建筑進行概念設計分析，積極控制和調(diào)整墻肢軸壓值，以保證高層建筑的連續(xù)性，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設計符合規(guī)范要求。

3.2 連梁的設計

剪力墻連接梁作為連接墻肢結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，如果被過度加固、壓縮變形，對整個施工項目的整體質(zhì)量控制效果影響很大。在剪力墻結(jié)構(gòu)設計過程中，應適當調(diào)整剪力墻連接梁的高度，并根據(jù)工程實際情況，科學地設計整體高度，以避免因尺寸增大而導致連接梁變形。布雷姆。嚴格控制剪力墻結(jié)構(gòu)塑性標準，適當調(diào)整抗震設計。通過對載荷的科學分析，在可控范圍內(nèi)，結(jié)合不同的應力條件，進行相應的計算，從而選擇更科學的實施對策。

3.3 配筋設計

配筋設計需以剪力墻的厚度為依據(jù)，當墻體厚度大于0.7米時，應采用四排鋼筋，并設置主筋。在應力下應均勻排列成一行。當墻體厚度小于14厘米時，應采用雙排鋼筋；當墻體厚度為40至70厘米時，應采用三排鋼筋。在第一、二、三、四級抗震設計和非抗震設計中，剪力墻豎向配筋與水平配筋的配筋率應不小于0.20%，配筋直徑應不小于8毫米，間距應不大于30厘米。對某些框支剪力墻結(jié)構(gòu)，配筋率應不小于0.3%，配筋直徑應不小于8毫米，間距應不大于20厘米，非抗震設計應不小于0.25%。

3.4 邊緣構(gòu)件設計

剪力墻的邊緣構(gòu)件可分為兩類：邊緣構(gòu)件的構(gòu)造和邊緣構(gòu)件的約束。這兩部件的設計方法不同。合理設計邊部結(jié)構(gòu)可以使剪力墻結(jié)構(gòu)更加合理。受限邊緣構(gòu)件主要為暗柱、端柱和翼壁。這些邊緣構(gòu)件在磚混結(jié)構(gòu)中起約束作用。當結(jié)構(gòu)剛度較小時，在地震作用下，層與不動點之間的位移較大。此時，邊緣構(gòu)件也會起到相當大的約束作用。因此，應適當增加暗柱和端柱等邊緣構(gòu)件的截面尺寸和加固。受限邊緣構(gòu)件沿墻肢方向的長度和箍筋的特征值應符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》和《建筑抗震設計規(guī)范》的要求。

4 剪力墻優(yōu)化設計方案

4.1 剪力墻設計的優(yōu)化方案

在剪力墻設計中，剪力墻應沿主軸沿兩個方向布置，這樣剪力墻才能形成固定的空間結(jié)構(gòu)。在進行抗震設計的剪力墻結(jié)構(gòu)設計中，必須盡量避免單一布置，使兩個方向的抗震剛度相互接近，從而保證一定的空間性能。為了充分利用剪力墻的優(yōu)點，減輕剪力墻結(jié)構(gòu)的自重，剪力墻的布局不應過于緊湊，使結(jié)構(gòu)具有中等的側(cè)向剛度。例如，在地震結(jié)構(gòu)設計中，還應避免在門窗間形成截面積較小的小墻段。當墻體截面高度小于墻體厚度時，應根據(jù)框架柱的設計增加密度。

4.2 剪力墻設計結(jié)構(gòu)計算的優(yōu)化方案

在剪力墻結(jié)構(gòu)的計算中，首先要考慮層間高度和位移比，并調(diào)整最小剪力系數(shù)。對于連接梁問題，應適當調(diào)整連接梁的振幅。以樓板間的彎曲變形為主要影響因素，可扣除整個樓板的彎曲變形。高層建筑應盡量扭轉(zhuǎn)，以減少變形。在實際結(jié)構(gòu)設計中，當層間在一定方向上的位移不滿足規(guī)范要求時，設計人員無法提高層間橫向剛度，應注意結(jié)構(gòu)失重率。如果樓板失重率過高，則不能降低另一側(cè)的剛度；如果樓板比例降低，地震的破壞也會減少，這也是可以實現(xiàn)的預期目標。

5 結(jié)束語

總之，隨著現(xiàn)代建筑設計技術水平的不斷提高，作為建筑結(jié)構(gòu)設計的重要組成部分，剪力墻結(jié)構(gòu)為人們提供了許多便利，其重要性日益凸顯。因此，采取科學的設計原則開展相關設計活動，要結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的實際情況進行科學的設計，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，從而更好發(fā)揮整個建筑的實用性，為城市經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎。