剪力墙设计在建筑工程结构设计中的运用分析

王昊

（山西五建集团有限公司， 山西 太原 030013）

经济高速发展的影响之下， 建筑施工行业也已经进入了转型发展的新阶段， 因此需要重视建筑设计以及施工管理层面的改革实践， 最终在保证施工效率的基础之上提高施工质量。 要注意在前期结构设计以及后续施工环节重视剪力墙结构的应用实践，借此来提高建筑物的整体性能， 全方位满足住户的居住需求。 相关环节的改革实践之中， 要注意理清楚剪力墙结构的基本概念， 进而由此着手找准各环节细节工作的侧重点、 提高改革效果。

1 剪力墙结构的基本概述

剪力墙是实际建筑施工中经常会用到的结构墙体模式， 有时剪力墙结构也会在建筑施工中被用作抗震墙。 剪力墙具有厚度小、 承载力强的特点， 并且已经在建筑施工领域得到了相对广泛的应用实践，而这方面的创新改革也在原有基础上提高了建筑物的支撑和抗压效果， 进而提高了建筑物的安全性。

为了满足实际施工需求， 需要在综合考虑各环节细节因素的基础之上选择合适的剪力墙结构模式，进而在保证施工质量的基础之上提高施工效率。 实际施工中， 常用的剪力墙结构主要包括以下类型:第一， 实体剪力墙。 其特点在于没有在墙体设置洞口， 因此具有较强的稳定性和承重能力[1]。 第二，整体小开口剪力墙。 在施工过程中， 会在这部分剪力墙上开孔。 虽说孔洞的面积通常不会超过剪力墙结构的15%， 但却仍旧有可能对墙体结构的稳定性和承载力造成影响。 在此基础上， 施工过程中还会有可能造成连接处反弯的问题， 因此使用过程中要注意把控好相关环节的细节问题， 以保证整体施工质量。 第三， 双肢剪力墙结构。 由于该剪力墙结构会设置有较大的孔洞， 因此会对整体结构的稳定性产生较大影响。 如果要在建筑工程的结构设计之中使用该形式的剪力墙结构， 则需要重点把控好各个环节的细节问题， 从而降低孔洞对于剪力墙承重能力和稳定性造成的负面影响。 第四， 壁式框架剪力墙结构。 由于该类型的剪力墙结构会开设有较大的孔洞， 因此不可避免的会对其整体承载能力和稳定性造成负面影响[2]。 前期设计以及后续施工环节，如果要使用该形式的剪力墙结构， 则同样需要重视各环节细节问题的监督把控好各个环节的细节问题，以保证整体设计效果和施工质量。 四种剪力墙结构的图示如图1 所示。

图1 剪力墙结构的图示汇总

2 剪力墙结构设计中存在的问题分析

虽说剪力墙结构已经在实际建筑施工之中得到了较为广泛的应用实践， 但前期设计阶段却仍旧存在诸多需要进一步解决的问题。 而解决好这方面的问题便成为了今后一段时期内的工作重点。 问题分析如下。

2.1 设计层面存在的问题

实际工作中， 要注意以建筑物的结构性能以及实际强度为出发点完成具体的剪力墙结构设计工作。参照相关环节的设计案例可知， 实际设计工作中会有出现不规则结构的可能， 主要原因在于设计人员没有实现对于各环节细节问题的精准把控， 并且没有重视某些特殊因素对实际设计质量造成的影响，所以很难保证设计方案的准确性和有效性。 除上述问题之外， 还需要重点关注构件施工质量的风险问题。 在无法保证构件施工质量的前提下， 很有可能会在后续施工以及使用过程中出现安全风险隐患。实际结构设计之中， 还会有可能在各种不确定因素的影响之下使各种不同的剪力墙结构出现较大的使用差异， 这边需要设计人员根据实际工作需要做好各环节细节工作的优化调整， 进而在保证方案可行性和施工质量的基础之上降低工程造价[3]。 然而结合实际工作现状分析， 目前设计人员仍旧停留在以照搬计算机数据点算模型为主导的设计阶段， 因此会造成方案不合理和工程成本居高不下的问题。

2.2 结构计算参数标准存在的问题

实际剪力墙结构设计之中， 需要完成相关数据的计算工作。 现阶段， 已经对各个环节的数据提出了具体的要求， 并且必须要在超过设定数值的基础之上才能够保证其合理性， 但就实际工作现状分析，这一环节的工作情况其实并不理想。 例如， 振型数的设计计算很容易会受到建筑物类型的影响， 并且在多塔类型的建筑结构之下很容易会出现数据计算偏差的问题。 在上述问题的影响之下， 配筋率等数据的计算工作也会出现偏差。 其实这方面的问题都会影响到设计效果， 进而影响到建筑物结构的稳定性和可靠性。

2.3 连梁环节的问题

如果要使用双肢式的建筑剪力墙结构， 那就必须要发挥出连梁的连接作用。 连梁的优势主要体现在跨度和截面面积之上， 施工过程中连梁会产生较为突出的内作用力。 因此在计算剪力墙的刚度数值时需要全方位考虑剪力墙的受力情况， 并且需要重点关注相关数据的准确度[4]。 然而结合实际工作现状分析， 施工过程中由于人为疏忽或是连梁超筋问题的影响， 根本无法保证有关数据的准确度并且连梁也难以达到建筑物需要的固定要求， 由此而造成了极大地质量和安全隐患。

3 剪力墙设计在建筑工程结构设计中的应用实践分析

3.1 提高设计方法的合理性

要想确保建筑工程建构设计的科学性和合理性，需要从剪力墙设计、 结构布局等方面入手， 以确保设计方案在抗震性能方面能够达到理想状态。 选用最为科学的设计方法是确保剪力墙设计质量的基础条件， 要求设计人员能够从建筑的实际情况及质量要求入手， 结合对工程的实际需求以及安全性能选择最为合适的设计方案。

在对设计方法进行选择时， 工作人员要充分考虑到剪力墙结构所具有特性和优势， 为了确保其能够在受弯的状态下也能够发挥良好性能， 可以在设计过程中根据工程项目的实际需求调整其宽度。 但需要注意的是， 如果剪力墙结构长度过长会影响到工程的减震效果， 进而影响到墙体的工程质量。 在针对设计方法的选择上， 设计人员也要充分发挥大数据的资源优势， 通过大量的数据印证和实践演练得出更加精确的结果， 并根据现有问题制定出有效的应对方案， 既要保证剪力墙结构布置的合理性，又要确保其稳定性能够满足工程质量的实际标准。

3.2 基础方案及承重构件设计

前期， 需要在综合考虑施工区域水文、 地质条件以及周边建筑物分布情况的基础之上完成基础方案的设计工作， 进而为后续相关施工工作的有序推进打好基础。 在此基础上， 设计人员还需要在综合考虑各环节实际情况的基础之上遵循现行的技术标准做好剪力墙承重构件的规划设计工作， 从而保证建筑物主体结构的稳定性。 这一环节的设计工作之中， 要注意提高对于墙体配筋率问题的关注度。 具体来说， 水平和竖直方向上的配筋率都不能低于0.25%。必要时， 还应当对结构底部的配筋率进行适当的加强处理， 让其不低于0.3%。 实际工作中， 要注意引导设计人员准确把控基础方案与承重构件设计之间的联系性， 并且在整合工作经验和现行技术参数标准的基础之上完成好具体的设计工作， 进而避免相关环节的风险隐患并且保证设计方案的可行性。

3.3 剪力墙结构的设计

实际设计工作中， 只有双向设计才能够发挥出剪力墙结构的优势， 并且需要尽量让两个来自不同方向的刚度保持一致， 在墙体内部形成空间结构。在刚度中心与建筑中心出现较大偏离的情况之下，需要注意做好墙肢长度、 连梁高度、 刚度中心位置的调整工作。

已知剪力墙抗侧刚性较强， 并且结构自振周期较短， 因此会承受较大程度的水平地震剪力作用。随着时间的推移， 这类问题会直接影响到剪力墙结构的性能及稳定性。 为了最大限度的减轻水平地震剪力对建筑结构造成的冲击力， 最主要的就是降低剪力墙结构的整体自重， 增强结构的抗侧移刚度。具体需要通过减少墙体厚度、 增加主次结构墙体间距或是减少墙体数量的方式来完成上述改革实践。承载能力显著和平面刚度显著是剪力墙结构最为值得关注的优势， 但其在平面外承载力方面却存在非常明显的短板。 由此着手分析， 不能在实际设计工作中将平面外方向的连梁与剪力墙结构直接连接在一起， 否则会造成墙肢平面外弯矩增大的问题， 进而影响到梁体结构的稳定性。 设计工作中， 可以尝试采用半刚连接的设计思路完成对于墙肢平面外弯矩的调整工作， 进而解决好上述问题。

3.4 大墙肢处理

实际设计工作中， 设计人员要充分考虑到剪力墙结构自身具有的延伸性， 如果因为工作失误未对这一环节的工作进行必要的监督调整， 则会影响到剪力墙结构的整体稳定性。 在此基础上， 设计剪力墙结构的初衷在于全方位满足建筑物的承载力要求，因此可以通过封层间隔设计的方式将较长的剪力墙结构拆解成一定数量的独立墙段， 从而提高墙体结构的稳定性。 这一设计能够避免建筑工程在投入使用之后因为外力作用而造成的剪力墙结构破坏问题。前期设计规划环节， 还需要规划好剪力墙结构的开孔位置， 进而通过这种方式将大墙肢转化成短墙肢。要注意引导施工人员做好开孔的封堵工作， 并且需要通过调整钢筋数量的方式提高剪力墙结构的承载能力。

3.5 剪力墙厚度和配筋率设计

首先厚度设计环节， 需要在现行技术标准和政策发挥的约束之下做好具体的厚度控制工作。 在建筑物抗震等级为一级和二级的情况下， 需要将剪力墙底部加强部位的厚度控制在200mm以上， 之后还需要让其大于层高的1/16。 在此基础上， 不能让剪力墙其他结构的厚度小于160mm。 如果剪力墙端头未涉及翼墙， 则需要让其厚度大于层高的1/12。 虽说需要在结构设计环节遵循上述规定， 但上述规定却并不适用于所有建筑。 如果建筑物的层数在5 ～15层以内， 此时剪力墙结构的轴压比大都会小于0.2。如果按照这一原则进行计算， 则剪力墙的厚度需要控制在240mm以上。 在上述情况之下， 工作人员需要依据自身的设计经验在分析相关理论概念的基础之上控制好墙肢轴压比， 进而明确剪力墙墙体的截面强度并且完成好配筋率的设计工作。 如此便可以在保证剪力墙结构使用效能的基础之上控制好墙体的厚度。

其次需要做好墙体配筋率的设计工作。 现行的政策和技术要求规定， 如果建筑物的抗震等级为一、二、 三级， 那么水平和竖直方向的最小配筋率不能低于0.25%。 在此基础上， 不应当让部分框支剪力墙结构底部加强位置的配筋率小于0.3%。 如果按照上述规定完成好剪力墙配筋率的设计工作， 可以在长度较大或是高度较高的剪力墙结构之中保证整体稳定性， 但在面对低矮型剪力墙时则需要根据实际需要对配筋率进行必要的调整改动。

3.6 连梁的设计与优化调整

连梁主要承担的是连接墙肢的作用， 并且墙肢也会在建筑工程投入使用之后由于实际产生的负荷而出现弯折现象。 这类问题会直接影响到连梁的平直度和稳定性。 实际工作中， 可以通过改善连梁受力情况的方式完成好相关环节的设计实践， 并且提高其整体性能。

结合实际工作现状分析， 需要在连梁设计中重点关注以下问题: 第一， 做好连梁刚度的折减处理。在连梁跨高较低， 与相连墙肢刚度存在较大差异的前提下， 实际产生的水平应力会使连梁受到较大的内力作用， 之后便会让其出现连梁裂缝或破损问题[5]。 基于上述现状分析， 需要在实际设计工作中做好连梁刚度的折减工作， 并且需要将折减系数控制在0.5 以上。 第二， 增加洞口宽度。 在降低连梁刚度时还需要通过增加洞口宽度的方式提高整体结构的抗震性能。 第三， 根据实际需要增加建立墙的厚度。

4 结语

在建筑施工行业转型发展的大背景下， 各方对于建筑工程的施工质量也提出了一系列新要求， 于是建筑工程的结构设计问题成为了争相关注的热点话题。 剪力墙结构是近几年新兴的建筑结构， 将其应用于建筑结构设计之中可以达到提高建筑物抗风抗震能力、 延长建筑物使用寿命的效果， 因此要提高对于剪力墙设计的关注度。 重点在于通过各环节细节工作的优化把控让剪力墙结构在前期设计以及后续施工之中发挥出应有的作用， 进而提高建筑物整体结构和施工质量的稳定性。 前文立足于实际工作经验在分析相关理论概念的基础之上针对剪力墙设计在建筑工程结构设计中的运用实践进行了整合分析， 希望能够推动建筑工程结构设计工作的创新改革。