建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

何林轩

（广东省建科建筑设计院有限公司　广东广州　510000）

引言

近年来，中国经济实力大幅提升，高层建筑如雨后春笋般涌现在城市的建设中。在高层建筑的应用中，剪力墙是最为广泛应用的建筑结构。从剪力墙结构的具体施工来看，其特点比较突出，主要表现为可以有效抗震，深得用户的青睐。虽然剪力墙结构在施工中得到越来越多的应用，但同时也要求施工人员注意剪力墙结构的质量要求。众所周知，剪力墙结构是不同的，所以选择一个合适的施工方法是关键，科学有效地选择合适的施工方法不仅对促进施工快速进行发挥作用，同时也能保证施工的质量。所以这也就要求相关技术人员努力提高自身的能力，能够合理地选择施工方式，同时又可以严格要求施工过程中的每一个细节，避免错误的产生。

1　剪力墙结构概述

剪力墙结构主要是指使用钢筋混凝土墙取代梁柱框架结构，可以进行各种荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，目前这种结构广泛应用于高层建筑。一般来说，剪力墙在建筑设计中的主要作用是承受垂直荷载和抵抗水平荷载，防止建筑结构发生倾斜和倒塌。一般的剪力墙和楼板共同构成一个应力系统来完成整个建筑的支撑，但其缺点是剪力墙不能任意拆除或破坏。由于设计空间的限制，不利于建筑空间的自由组合，所以对于居民来说，装修过程必须按照剪力墙结构的要求来设计，不能随意改变室内布局。然而，短肢剪力墙结构的应用使居民在一定范围内自由改变室内布局，增加了建筑设计的灵活性。最后，剪力墙决定了建筑主体底部剪力的最大承载力，因此墙体质量较高。

2　剪力墙的结构特征

高层建筑要求有大开间、平面及房间布置灵活、方便的特点，在对高层建筑的过程中，关于剪力墙结构的应用发展前景非常广阔。这种结构不仅可以最大程度的利用建筑物的空间，给居住者带来最舒适的感觉，最主要的是剪力墙结构可以保证建筑物的质量，给人们的居住带来安全感。剪力墙有如下特点：

2.1　剪力墙具有独特的刚度特征

施工人员需要结合剪力墙结构的自身特点来施工，采取抗震减灾的方式来进行对剪力墙韧性的维护，避免受到外界的作用而使得自身结构被破坏，从而使整个结构得到保护，是建筑结构整体质量得到保证。

2.2　剪力墙的受力特征

现代的社会迅速发展，不难看出旧的施工方式已经不能满足如今的建筑设计，所以新的建筑技术就会出现，使建筑物可以更好的被使用。剪力墙结构就是一种新的施工技术，不同于传统施工技术的是，剪力墙结构具有良好的稳定性，而稳定性取决于剪力墙的受力情况，可以承担绝大的水平荷载，这也就决定了剪力墙结构能够最大程度的保证建筑物的安全性，保证建筑物的使用。框架剪力墙结构立体图如图1所示。

图1　剪力墙结构立体图

3　剪力墙结构设计的应用

3.1　工程概况

某工程C2#楼，主体结构高度99.57m，地下室2层，地上1～2层为底层商铺，3～32层为建筑，其中3层为结构转换层。建筑物平面尺寸为37m×23.5m，建筑总面积为15440.36m2，该工程结构设计寿命为50年，施工结构安全等级为2级，剪力墙抗震等级为四级。该地区工程抗震设防烈度为Ⅵ度，设计的基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，为Ⅱ类类别的建筑工地，地面粗糙度为B类抗震设防烈度为Ⅵ度第一组。根据规程规定，底部加强部位（本工程为地下1～4层）剪力墙及柱抗震等级为二级，1～5层框架梁及连梁抗震等级为二级，其余部分框架及剪力墙抗震等级均为三级。

3.2　剪力墙的平面布置

为了进一步保障剪力墙的经济和安全，有必要对剪力墙结构进行系统、科学的布置。剪力墙的结构布置主要从垂直布置和平面布置入手，尽可能从对称、均匀的原则入手。剪力墙平面布置必须遵循均匀对称的原则，确保剪力墙的平面结构质量和刚度中心能够重合，从而有效地减少扭矩。加强剪力墙内外的直拉作用，确保剪力墙在建筑结构中的抗震作用，应设置剪力墙单墙的双向方向，确保剪力墙的刚度不受侧向力的影响。

3.3　剪力墙中的大墙肢相关处理方法

为了保证剪力墙的质量，剪力墙必须具有一定的延展性。一旦剪力墙的墙肢超过8m，就应该进行钻孔。通常采用开孔施工和结构孔、孔结构在结构计算前，假设存在剪力墙孔，但在混凝土施工中仍是一堵混凝土墙，可使其他较小强肢配筋加固能力也有所提高。施工孔是在施工过程中在墙体上留下一个洞，在施工完成后用砖石填筑法填充墙体，从而进一步实现将长墙肢分割成短墙肢的目标。剪力墙的肢截面不应该太复杂，应该简单而有规律。剪力墙的抗侧力刚度不应过大或过小，如果有合适的剪力墙侧向刚度，剪力墙的承载力和抗侧力刚度将得到充分发挥，进一步扩大剪力墙的可用空间。

3.4　将剪力墙结构进行合理定位

避免剪力墙墙体有过大的外挑和内收的现象，应该保持强劲面筋在垂直剪力墙，统一规则，进一步防止剪力墙结构承载力和侧向刚度突变的可能性，也可以通过增加截面剪力墙和柱的横截面、洞体等截面尺寸，进一步保障底部的大空间剪力墙结构不落地，从而避免刚度突变，并适当提高楼层混凝土的等级。

3.5　建筑构件与连接点部位的处理

在剪力墙结构设计过程中，如果连接点的设置存在不合理的现象，极有可能导致施工裂纹的产生，进而降低剪力墙的承重与抗剪性能，最终导致建筑物的整体质量遭受严重的影响，大大降低建筑物的使用寿命或是耐久性，这就必须增强剪力墙设计中建筑构件与连接点的设计。此外，材料本身的问题也会给剪力墙的结构设计带来新的问题。因此，必须特别重视实践设计。近年来，人们对建筑稳定性的要求越来越高。为了满足人们不断变化的要求，剪力墙结构的设计应达到高标准和高要求。在超限高层建筑剪力墙和内墙结构的设计中，应考虑主体结构节点的稳定性，从而提高超限高层建筑性能的稳定性。

3.6　连续梁的处理

在水平负荷载的作用下，连梁会因为剪力墙的墙肢变形，而产生一定的内力，并受到内力和强制变形的约束，进一步使得剪力墙的墙肢受力情况得到改善，所以连梁在具体的建筑结构设计中，对于剪力墙结构有着非常重要的作用。因为连梁超筋不能满足自身的剪力，减压比例要求。所以一般容易发生连梁超筋的地方都在连梁的中部，在具体的剪力墙连梁施工中，发生连梁超筋部位，一般为高度1/3的楼层处。在采用连梁时是可以采用以下措施：进一步调整连梁的塑性，从而实现弯矩剪力的调整，从而进一步减少连梁的截面高度。因竖向荷载作用不明显，所以可以不选择连梁。

3.7　抗震设计

根据工程实践和试验数据，剪力墙结构的抗震薄弱部分主要包括建筑的外缘平面、墙肢角、小墙肢、甚至梁，其在发生扭转效应时，建筑的平面边缘和墙角的墙体都会被破坏；在地震作用下，高层剪力墙结构会出现较大的整体弯曲变形，周围的小墙肢因其底部的截面较小，竖向荷载越来越严重，破坏较为严重。而在剪力墙结构中，墙体的刚度弱化，这将增加连接梁的剪切破坏可能性。因此，剪力墙结构的设计需要加强结构的薄弱部分。例如，结构布局应尽量使刚性中心和质心的位置接近，以减少结构的扭转效应；对截面的轴压比进行严格控制，保证墙体的承载能力和延性；提高剪力墙的抗震水平；各剪力墙的剪力设计值应根据需要进行调整。还要保证墙体截面的纵向配筋率。在进行抗震设计时应注意对梁“强剪弱弯”的检查，确保连梁的弯曲屈先于剪切破坏，进而发挥连梁的作用。

4　结束语

如今的社会发展迅速，建筑行业的发展日新月异，这就要求建筑结构设计必须努力进行创新，加强设计，努力引进外来先进技术，注重细节，更好地保证施工的进行。剪力墙承受着建筑物的整个轴承负荷，对维持安全与稳定建筑工程的整体质量起着重要的作用，因此，在建筑工程的设计工作中，应加强主体建筑的剪力墙结构设计，有效地提高建筑物的抗震性能和整体质量，从而做出安全，经济和合理的结构设计，实现我国建筑业的可持续发展。