剪力墙结构设计原则及应用研究

郝 鹏

(山西万国商业广场开发有限公司,山西 太原 030021)

近年来，建筑企业的快速发展，使社会对其质量给予了更多的关注，也在建筑结构设计以及建筑功能上提出了更高的要求，为此，建筑企业在进行结构设计中，必须从目前建筑企业的发展形势出发，有针对性的优化建筑结构设计，提升其稳定性、安全性。而剪力墙结构因其抗侧刚度性能好，能够吸收大部分建筑结构水平作用力以及水平剪力，提升建筑物整体的抗震性能，因此，得到了业内的认可与青睐，被广泛的应用到建筑结构设计中。但在具体的应用中，必须在明确剪力墙结构的特点以及原则基础上，才能保障剪力墙结构得到正确与科学的应用。

1 剪力墙结构以及结构特点

根据剪力墙结构是否开洞这一准则对剪力墙类型进行划分，可以分为实体墙、小开口剪力墙、框架壁式墙、双肢或多肢剪力墙等不同的类型，不同类型的剪力墙结构都有着自身的独特特点，在设计过程中，要结合建筑项目的建设要求以及功能来选择剪力墙结构类型。从整体的角度来看，以下特征是所有剪力墙结构都具备的特征：一是良好抗震性能，其能够吸收建筑结构在外部荷载以及自身荷载下产生的水平剪力与作用力，从而抗震性能与其他结构相比较强；二是满足了建筑结构设计美观性的要求，剪力墙结构设计能够保持室内墙面的平整，从而满足了外观设计上对美观度的要求[1]。但由于剪力墙结构具有稳定结构，提升结构安全性的作用，其在具体施工中涉及到诸多内容复杂的环节，与其他结构相比，施工成本较高。

2 剪力墙结构设计原则

2.1 系数调整原则

在进行建筑结构设计时，首先要考虑结构的抗震性能，抗震性能能够保障建筑的稳定性与耐用性，而建筑结构的抗震性能主要受楼层之间的剪力以及水平作用力影响，所以，结构设计首先要将结构之间的水平地震剪力与作用力控制在最低[2]。因此，应用剪力墙结构设计方式，根据建筑工程项目的实际情况对结构自身的重量以及相关系数进行调整，能够在不影响建筑结构稳定性基础上，通过降低自身自重的方式提升结构的抗震性能。

2.2 楼层间位移调整原则

在进行建筑结构设计时，设计的要点以及重点是控制楼层之间出现的剪切变形以及扭转变形，为了实现这项控制目标，应用剪力墙结构，可以对结构的竖向构件数量进行合理的调整，从而有效的控制剪切变形的出现。但需要注意的是，在对竖向构件的数量进行调整时，要保障构件数量合理，过多竖向构件会导致结构的剪力失去平衡，影响结构的稳固性，从而导致建筑在运营过程中出现质量问题，而且剪力失衡后，楼层之间会因剪力不平衡出现程度较大的扭转变形问题[3]。在设计过程中，为了有效提升结构整体的抗震性能，设计时需要重点关注结构各个楼层之间的变形与剪力变化情况，及时通过对楼层位移与高度比进行调整，保障结构整体的合理性。

2.3 连梁调整原则

在进行建筑结构设计时，将连梁跨度比控制在5以下，才能保障总弯矩中竖向荷载产生的弯矩比例处于最低状态，这样能够避免因水平荷载产生弯矩对结构造成的剪切变形的发生几率，从而减少了结构中以及墙体表面裂缝的出现。而如果在结构设计中将连梁跨高控制在5以上，竖向荷载产生的弯矩将会在结构总弯矩中占较大的比例，这种情况下，结构的受力情况与一般框架梁结构一致。因此，为了充分体现出剪力墙结构的优势，在设计过程中必须严格对连梁的跨度比与跨高进行控制，有效的避免剪力与弯矩对结构的抗震性能造成影响[4]。需要注意的事项是，实际设计中，设计人员必须根据工程项目的实际情况以及具体要求，科学的对横梁之间的距离进行调整，从而在满足结构抗震要求基础上，节约工程施工的成本。

3 建筑结构设计中剪力墙结构设计及应用

剪力墙作为建筑结构设计的重要方式，在设计过程中，应合理根据不同类型结构的特点进行结构设计优化，充分利用剪力墙结构设计的优势，提升定位的精准性、平面布置的合理性、严格对墙肢截面厚度进行控制、保障连梁钢筋布置的科学性。为此，本文对上述几个方面的设计进行了具体分析。

3.1 剪力墙定位

在建筑结构设计中应用剪力墙结构，应准确的进行剪力墙定位，将其刚度中心与质量中心重合，这样才能保障平面布置上，结构整体处于均匀、对称的状态，从而发挥出保障结构整体稳定性的作用。所以设计中最好沿着建筑的主轴作为设计方向，同时展开对称式的设计，并尽量在设计上避免出现单向有墙的设计[5]。具体的设计为：一是在设计平面结构为圆形、弧型以及正多边形时，剪力墙应按照环向或径向的方向进行布置。二是在对平面结构为Y形或I形进行设计时，剪力墙应按照三个轴线的方向进行布置。三是在对平面结构为T形或L形以及矩形进行设计时，剪力墙应按照形状自身的轴线方向进行布置。

总而言之，在剪力墙平面设计的定位上要遵循对称性原则，尽量保障建筑结构的两侧对称，并使质量中心与刚度中心重合在一起，控制墙体的扭矩程度，避免出现变形。而在对内外部剪力墙结构进行设计时，要遵循拉通与对直的设计原则，并保障剪力墙肢体截面处于规则的状态。

3.2 平面布置

平面布置是建筑结构设计中的关键环节，平面布置的合理性与科学性直接决定了剪力墙作用与价值的体现。但是为了保障结构稳定，平面布置也要遵循对称以及均匀的原则，保障布置过程中能够对质量中心与刚度中心的位置进行控制，使其在施工过程中能够重合在一起，这样的设计能够保障剪力墙的作用得到最大程度的发挥，尤其是在提升建筑结构抗震性能上有着重要意义。

3.3 墙肢截面厚度控制

我国在剪力墙结构设计规范中，对剪力墙的截面尺寸确定进行了明确规定，其截面要满足建筑结构抗震等级的要求。其中，根据一级与二级抗震设计的要求，进行墙肢截面控制。其中，针对所有的剪力墙结构类型，都要求其底部的加强位置厚度应控制在200 mm以上，墙体的其他部位厚度应控制在160 mm以上；而根据三级与四级建筑抗震设计的要求，墙体截面厚度应控制在160 mm以上，底部加强位置的厚度应控制在180 mm以上。

3.4 剪力墙连梁钢筋配置

在剪力墙结构设计过程中，连梁超筋问题经常出现，因此，必须对连梁钢筋进行合理配置，才能避免这一问题对设计质量的影响。连梁超筋指的是结构设计过程中剪力墙墙体的剪压比不满足设计要求或墙体自身剪力不足，这种问题经常出现在连梁容易发生超筋的位置，同时在剪力墙结构高度处于建筑总高度1/3的位置时也经常出现。但是建筑结构的墙段具有长度长的特点，因此，其中间的连梁也容易出现超筋的问题。另外，当墙体肢体截面高度出现不均匀的情况时，截面刚度较弱的位置也经常出现超筋的问题。出现超筋问题后，直接会造成的影响是导致结构出现剪切变形，所以，设计过程发生连梁超筋问题要及时进行解决，具体的解决方法有：一是在抗震设计环节，可以通过对连梁剪力以及弯矩塑性的调整避免超筋问题的出现；二是在设计中尽量对连梁截面的高度进行控制，有效的降低高度；三是总结经验与教训，在结构中经常出现超筋的问题，按照铰接的方式对其进行设计与处理，再进行计算，墙体结构的位移比将会满足建筑设计要求。

4 结语

随着我国建筑行业的快速发展，保障建筑物的稳定性、安全性、耐用性以及各项功能的实现，不仅是为我国民众营造良好的生活环境，还有着保障我国社会和谐稳定发展的作用。因此，具有抗震性能强、稳定性好、施工效率好优势的剪力墙结构在建筑结构设计中得到了广泛的应用，但每种类型的剪力墙都有其使用范围以及自身优势，在设计过程中，要根据工程的实际情况以及建筑项目的设计要求合理进行选择剪力墙结构，并科学的根据剪力墙设计原则展开结构设计，从剪力墙定位、连梁钢筋布置、墙肢截面厚度控制等角度合理的应用剪力墙设计原则，从而有效的提升建筑结构设计的质量与水平，为实现我国建筑行业的持续、稳定发展提供坚实保障。