剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析

焦阳

（山东建勘集团有限公司，山东 济南 250000）

引言

房屋建筑是随着人类活动的需要和社会生产的发展而发展起来的。而且技术和经济的发展，为高层建筑的发展和实现提供了保障，所以高层建筑一定程度上反映了一个国家以及一个地区的社会和经济发展，在建筑工程施工过程中，加大对框架剪力墙结构施工的重视力度，是现代化建筑工程发展的必然趋势，也是提高建筑稳定性和经济性的重要内容。因此，相关人员必须不断创新优化施工技术，切实做好施工质量控制工作，以实现经济和社会效益的和谐统一。

一、概念

建筑结构设计中的剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，承受着竖向压力和其平面作用下的水平剪力的双重力量。剪力墙的宽度和高度较大，但厚度相对较小，这使得剪力墙具备几何特性以及不同于其他结构的受力特征。由于剪力墙厚度较小，相当于板的厚度，所以如果单独使用，在地震灾害下，很容易因刚度不足引起结构变形、断裂等问题。所以在设计过程中，除要考虑增大剪力墙刚度外，还需对弹性变形能力和抗震性进行综合分析，合理设计结构种类和规模，确保结构的稳定性、安全性。通常情况下，剪力墙结构设计以延性弯曲型为主。

二、剪力墙结构的分类

对高层建筑而言，因为其结构性能的要求相对较高，不同的高层建筑结构设计中，应根据整体的结构特点，确定在剪力墙结构设计是否必须开洞，如果存在开洞的必要，结构设计人员应考虑开洞的大小。根据高层民用建筑中的剪力墙设计和使用情况，一些剪力墙开洞，而一些剪力墙不开洞，且开洞的剪力墙结构中，洞的大小也存在着明显的区别。因此，在高层民用建筑剪力墙结构设计中，开洞与否、开洞大小可以作为划分基准，建筑结构中大多包含了实体墙、整体小开口剪力墙、多肢剪力墙、壁墙框架。对实体墙而言，其属于不开洞剪力墙，当然，在一些建筑结构中应用时，实体墙剪力墙的开洞非常小，整个结构体系中没有任何的受力突变和反弯点。整体小开口剪力墙比较特殊，同样属于小开洞结构，墙弯矩存在明显突变，在高度上没有反弯点分布，但局部存在反弯点。多肢剪力墙为大开洞结构。

三、建筑工程框架剪力墙结构施工技术难点

第一，建筑工程自身具有规模大、施工种类多、内容较复杂等特性，导致施工过程中体量较大，加大了从设计到施工环节的难度，同时还极易出现钢筋选择不规范导致的浇筑过程中的偏移、错位情况；第二，在施工中可能由于没有对模板支撑系统荷载力进行测量和优化，极易出现爆膜等不良事故，甚至会出现建筑坍塌等，其施工难点在于对剪力墙模板的结构设计和加固环节；第三，框架剪力墙施工难点还在于放线测量环节，其具备较强的针对性和精细性，需要全面做好准备和审核等各项工作，但是经常会出现失误、设备不完善等因素导致测量数据精准度不足的情况，增加了后期的施工难度，大幅度提升了施工复杂性，难以对施工质量进行有效控制。因此，必须对各项施工技术进行深入研究，保障建筑工程质量。

四、建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

（一）合理布置剪力墙平面

剪力墙结构抗震性、稳定性和安全性目标能否实现，在一定程度上取决于剪力墙的平面布置情况。在平面布置时，应从以下方面来开展：1.剪力墙平面布置应始终坚持对称性和均匀性的原则，使得墙面中心可以完全和结构刚度中心重合，通过这种控制来减小扭矩，实现与墙体的对直；2.抗震剪力墙结构设计时，应尽量选用两侧都有剪力墙的设计方案；3.始终沿中心轴线的方向保持对称性；4.将剪力墙抗侧力刚度控制在合理的范围内，设计人员在设计的过程中，可以直接利用T=(0.05-0.06)n公式来进行设计，其中，T 代表的是经验公式，n 为剪力墙结构层数，在此公式下，确定剪力墙刚度的范围，保持刚度和层数相符合；5.剪力墙布置不宜太密，尽量多布设均匀长墙，少布设短墙，最好使得墙肢厚度沿着高度方向上呈现均匀变化的趋势；6.坚持“强周边、弱中部”的布设要求，将剪力墙平面布设为L、T、十字形等多种简单形式，以提升剪力墙结构的稳定性。

（二）定剪力墙墙肢长度

确定剪力墙墙肢长度时，首先应考虑满足建筑功能的要求，其次是剪力墙墙肢长度不能太长也不能太短，确定原则是，尽可能布置长墙，少布置短墙。当墙肢长度很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断，因此墙段的长度不应过大，墙肢长度宜控制在8m 以内；当墙肢长度很短时，可能形成短肢剪力墙，短支剪力墙的出现可能会导致多楼层出现反弯点，受力发生改变，逐渐接近异形柱的状态，抗震性能较差。所以为保障建筑的安全性，不会将其应用在地震区域内，且不得采用全短肢的剪力墙的结构。

（三）剪力墙结构厚度设计

根据国家的相关规定要求，若建筑工程的抗震等级是一级或二级，则剪力墙底部加强部位的厚度应大于200mm，并且应大于层高的1/16，剪力墙的其他结构厚度不能小于160mm；若剪力墙端头未涉及翼墙，则应大于层高的1/12。但是相关规定并不适用于所有建筑结构，如在设计低高层或多层建筑结构时，若建筑层数在5～15 以内，该种情况下的剪力墙肢在重力荷载代表值下，轴压比多小于0.2，若按照规定计算，底部功能要求3.9m层高，墙体厚度至少为240mm。若出现此种情况，设计人员应结合自身设计经验，通过概念设计分析，重新规划墙肢轴压比，验算剪力墙墙体截面的强度，科学设置配筋率，在确保剪力墙综合性能符合建筑要求的情况下，减少墙体厚度。

（四）剪力墙墙体配筋的合理设置

在剪力墙结构中钢筋使用量较大，因此合理配置剪力墙钢筋是结构设计人员应该考虑的重要问题之一，通常情况下，墙体配筋是根据结构计算得来的，但部分墙配筋是按照规范规定确定的，在剪力墙墙身配筋过程中建议在满足结构计算的前提下，将墙体的水平、竖向分布钢筋分别按墙体的外侧、内侧进行配筋设计，这样既满足墙体承载力的要求，又能降低钢材的用量，从而实现节约钢筋材料的目的。

（五）对剪力墙的连梁设计展开优化

剪力墙设计中的连梁设计也非常重要，通过科学的连梁设计，建筑结构刚度得以改善，可以在一定程度上将侧向位移控制在合理的标准内，进而来提升整体建筑的稳定性。但因为耦合梁剪力墙设计时常常会受到诸多因素的影响，如果在设计过程中缺乏对这些因素的科学考虑，可能会导致剪力墙的结构性能难以达到标准，无法提升高层建筑的整体性能。比如，在剪力墙设计中，如果连接梁的横高度过小，连接梁就无法在整个高层建筑内发挥其作用，具体来说，当受到反复的荷载作用力时，结构裂缝将难以避免，剪力墙的质量安全问题突出。因此，针对连接梁在剪力墙中的作用，在剪力墙设计时应尽量选用高连接梁，做好相应的受力分析。

五、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用策略

（一）施工前做好事前分析

在框架剪力墙的施工环节中，在施工前要对该工程的占地区进行实地勘验，然后结合得到的有关数据制定合适的施工方案，把框架剪力墙施工技术应用到整个施工环节中。在确定好施工方案之后，需要统一安排各种施工技术和内容，同时还要考虑到施工内的其他因素，比如施工的方向和内涵等，确保施工的效果。同时还要组建专业的管理部门以及工程设计及技术人员队伍，确保工程交底工作的顺利开展，队伍需要明确施工环节中所涉及的各项内容，保证所有的施工负责人都能够准确地按照方案进行，充分领会到设计者的意图。要在设计工程中避免出现沟通不当而导致工程出现问题等情况，在保证工程施工质量的同时还要确保工作效率，避免二次返工问题出现，减少由于看不懂设计图而导致施工出现各种问题的情况。除此之外，在施工之前，还要对施工材料及机械设备性能进行专业的检查，在保证其安全性的情况下再开展工程。

（二）重视材料关卡。

框架剪力墙结构离不开混凝土材料的质量，所以，先要重视混凝土材料选取环节的工作。相关人员应当对设计内容进行深入地解读，明确混凝土材料的具体要求并予以有效地控制，才能从根本上保障材料环节。比如，采购人员明确具体规格的混凝土材料后，应当在市场中选取与其相同的材料，杜绝使用类似或低劣的材料，否则会严重影响施工质量。同时，不仅要选取合适的材料，还要在材料的配比方面予以全面地控制。例如，水泥作为混凝土中的必要材料，其具有较强的水化热特性，也会对加工后的混凝土材料质量产生影响，由此可知，混凝土调配环节必须要根据施工设计要求选取正确的材料，并添加合适的配比及用量，才能在试验阶段确定混凝土材料的强度、抗震性等。

结束语

在城市人口不断增加的情况下，城市中的建筑高度会呈现逐渐提高的发展趋势，剪力墙结构的应用范围也会不断提升，为进一步提升剪力墙结构的科学性和合理性，设计人员应对剪力墙结构的设计不断进行创新与优化，通过应用剪力墙结构，促进我国高层建筑的建筑工艺更加成熟，推动我国建筑行业的不断发展。