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摘要：剪力墙结构设计是建筑结构设计中的关键环节。在建筑中采用剪力墙结构，可以有效地改善其抗风、抗震性能，延长其使用寿命。但是尽管剪力墙结构的优点很多，但是它并不适合于所有类型的建筑，所以在进行剪力墙结构设计时，必须充分考虑各种因素对剪力墙的影响，并对其进行科学调整，其在实际中的作用最大化。
关键词：建筑结构设计;剪力墙结构设计;应用分析
剪力墙是一种结构墙，也可以作为抗震墙，其既能承受各种作用力，又能维护建筑物整体安全稳定。为了优化建筑物结构性能，施工单位需要了解剪力墙结构设计的基本原理，将其与建筑架构设计合理结合。本文通过对剪力墙构造特性与设计基本原理进行了剖析，并对其在建筑架构设计中的具体利用展开了探讨，并希望能够给有关人员提供借鉴。
１剪力墙结构概述
１.１剪力墙结构分类
根据剪力墙洞口设计的不同可以将其分为几个种类：其一，实体剪力墙，即墙体未设置洞口，该种剪力墙结构稳定性和承载力较强。其二，整体小开口剪力墙，即墙体上存在孔洞，但孔洞面积不大，通常不会超过整个结构的１５％。虽然洞口较小，但也会在一定程度上影响剪力墙结构的整体稳定性和承载力，在使用过程中可能会导致连梁处出现反弯现象。其三，连肢剪力墙结构，在即墙体上有很大的孔洞，这会导致剪力墙承压能力减弱。第四，壁式框架剪力墙结构，与连续剪力墙相比，整体承载力差，难以保障建筑安全［１］。
１.２剪力墙结构的优缺点
１.２.１ 优点
首先，能够花费较小的成本提升墙体结构整体质量、强化墙体功能、减少设计以及施工成本。其次，由于剪力墙自身的强度和承载能力都比较好，可以承担多种荷载，对提高建筑结构的整体稳定性和安全性有很大的帮助。最后，采用剪力墙结构，既可以将承重墙、分隔墙等结合起来，又可以有效扩大室内空间，使建筑物整体更具美感。
１.２.２ 缺点
一是遇到外力时很容易在力的作用下产生形变。二是其应用会在一定程度上增加重量，导致建筑的整体重量增加。三是剪力墙结构的承载力有待提升。四是剪力墙结构的耐久性较差。
２剪力墙结构设计原则
２.１位置选定原则
剪力墙的部位选择应该坚持一定的原则，首先要在建筑物两侧均匀分布，然后对于像楼顶之类的造型曲折多样的区域，应该减少剪力墙的布置。在横向布置时，还应充分遵循对称原则，如实际结构无法对称，则应尽可能使中心接近地面。如在剪力墙上打洞时，则要把孔洞置于正中，远离墙脚等部位，以免影响建筑结构安全［２］。
２.２间距和厚度设置原则
剪力墙结构设计时最大间距应在规定范围内，这样既能保证屋面的侧向刚度，又能防止楼板在横向载荷过大时发生弯曲和变形。在此基础上，应根据《高层建筑混凝土结构技术规程》相关规定，规定剪力墙结构厚度。
２.３墙肢长度确定原则
一般情况下，墙肢的长度都是根据具体情况来决定的，但是大部分都小于８ｍ，因为如果太长很有可能会断裂，当然，墙肢也不能太短。确定墙肢长度的办法是将其确定为厚度的８倍左右，且总长度应该小于４ｍ。如果必须要设计更长的墙体，可以通过在墙壁上打孔的方法来增长墙体，只要比值＞２且孔径大小合适，墙体就不会轻易受损［３］。
２.４数量确定原则
剪力墙的数量要适当，而不是越多越好的。如剪力墙数量过多，会使自身所需承受的力变大，进而对建筑整体结构产生不利影响，且容易遭到破坏，浪费的材料也更多。因此为了减轻自身所需承受的力，应在满足建筑结构设计要求的前提下尽量少采用剪力墙。
２.５梁板分布原则
通常，房子的高度越高，所需承受的压力就越小，因此楼层数决定着梁板厚度，而梁板厚度又决定着钢材的用量。剪力墙结构设计必须在满足梁板厚度要求的基础上尽量减少钢材用量，从而节省大量费用。此外，梁板分布应尽可能简洁、清晰，保证质量，减少次梁数量，减少传力途径繁冗的情况。
３剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
３.１基础方案及承重构件的设计
在剪力墙基础方案设计过程中，需要综合考虑建筑周边的地质条件、水文条件、建筑群分布情况以及施工工艺等，进一步提升剪力墙结构基础方案设计的可行性［４］。而在承重构件设计中，由于其是一面墙，因此在结构上的布局显得尤为重要。一方面，可以结合双向布置设计，以提高剪力墙的承载能力和抗剪性能。同时必须始终遵循对称原则，不仅要满足建筑墙体的承重要求，而且要符合审美需求。另一方面，剪力墙中心要与建筑内部空间轴线保持一致，并且要保证其均匀性，以便能够有效分散剪力作用，从而保证平面布局的合理性。
３.２剪力墙结构的设计
剪力墙结构的最大优点是其承载力、平面刚度好，而其平面外承载力比较薄弱，如果将平面外梁直接连接到剪力墙上，则会增加墙体的平面外弯矩。因此，当墙体横断面较小时，可以考虑采用半刚接法来调节墙体的平面外弯矩。在此基础上，应尽可能保证剪力墙平面均匀分布，并使其刚度中心尽可能靠近整个建筑物的中心，以使扭转作用最小化。当刚度中心与建筑物中心有很大偏差时，可以根据需要调整墙体长度和连接梁高度，来调节刚度中心的位置。另外，由于剪力墙的侧向刚度大、自振周期短、水平地震作用大，会对结构的整体性能产生一定影响［５］。为了减小建筑物结构受地震剪应的影响力，可以采取减小墙体厚度、加大主次结构设计间隔、减小墙体总数等措施来减轻结构的整体重量，进而提高结构的抗侧移刚度。
３.３大墙肢处理
在进行剪力墙结构设计时，必须充分考虑其延伸特性，如果不对其进行合理处理，将会对结构稳定和耐久性产生不利影响。而为了提高剪力墙结构的承载能力，可以采取封层间隔的方法，将大跨度剪力墙分为若干个单独的墙体，以改善其稳定性，防止其在施工中受到外力影响。
３.４剪力墙厚度的控制与配筋
合理控制剪力墙的厚度以及配筋能够进一步提升整体应用效果。在剪力墙结构厚度设计过程中，要根据建筑抗震需求以及相关规范要求进行合理设计。但是部分规定在面对多层或是高层建筑结构设计的时候并不能完全适用。如果建筑结构对于空间有一定要求，而不能设计外纵墙、翼墙等，则墙体厚度需要达到３２０ｍｍ的最低值，同时进行合理计算和分析，保证墙肢轴压比满足工程实际需求。而对墙体配筋率的设计应当遵循我国相关规范中各项条款规定，例如：如果抗震等级为１级，那么在剪力墙结构设计过程中，墙体配筋率不得低于０.２５％，加强部位配筋率应在０.３％及以上。此外，设计人员在进行配筋过程中需要根据剪力墙压力进行合理计算，并根据试验结果合理调整配筋率，以适应剪力墙施工要求。
３.５连梁的设计与优化
在剪力墙中，连梁并非必需的结构。但对设有连梁的剪力墙来说，如果连梁设计不合理，则必然会对剪力墙承载力产生一定的影响，甚至出现截面与设计不相符的现象。在设计连梁时，必须注意以下几个方面：一是降低连梁的刚度。连梁跨高低，但与其相连的墙体刚度大，当出现横向应力时，连梁将受到很大的内力影响，从而导致开裂和损坏。因此在设计时要科学降低连梁刚度，如果设防烈度很低，可以降低折减量，如果设防烈度较高，可以适当提高折减量，但是要保证折减率不超过０.５。二是扩大孔洞宽度。在减小连梁高度的前提下，增大开孔宽度可以明显折减连梁刚度，从而改善其抗震性能。三是可以根据工程实际，适当增大剪力墙的厚度［６］。
３.６边缘构件设计
在剪力墙结构设计的过程中，边缘构件是非常重要的内容。通常情况下，施工中会用到约束性边缘构件和无约束能力的边缘构件，相对于后者来说，前者在承载力上要更强，几乎可以达到４０％。实际设计的过程中，需要根据工程的实际情况来选择合适的边缘构件种类。通常情况下，如果实际轴压比大于可不设约束边缘构件的最大轴压比，那么可以选择约束性边缘结构构件；而如果实际轴压比小于可不设约束边缘构件的最大轴压比，则选择构造类的边缘构件。
４案例分析
一栋２５层的高层建筑，包括两层地下车库；第一层层高６.５ｍ，为高架层；二层及以上为居住区，层高３.３ｍ。本项目安全等级为２级，地震设防烈度为７度。
４.１转换层结构布置
现阶段，转换层结构布置通常有厚板转换层、巨型梁转换层、巨型桁架转换层等不同的结构形式。在工程实施的过程中，转换梁的形式较为常见，该方式受力明确且施工便捷，因此被广泛应用于各种剪力墙结构中。该项目采用了大型梁式转换层结构。工程高度为Ｂ级，为了能够有效提升整体结构的承载力和延展性，采用ＣＲＣ结构作为框架支撑。
４.２标准层结构布置
在设计时，应尽可能使标准层结构刚性中心与建筑物重心相一致，以减少扭转对建筑整体的影响。当建筑物自身平面形变起伏大时，应在凸出端附近设置一定数量的剪力墙，从而达到控制结构变形和改善整体结构的目的。在此项目中，在进行剪力墙布置时，纵横剪力墙设计呈Ｌ型或Ｔ型，刚度基本相同。整个剪力墙结构自上而下所使用的混凝土强度由Ｃ４５逐渐变成Ｃ３０，剪力墙的厚度从３００ｍｍ逐渐变成２００ｍｍ［７］。在角窗位置设置高为１ ２００ｍｍ的梁，适当提升地震作用下整个结构的抗扭能力。
４.３结构构件设计
在本工程中，结构构件的设计主要体现在以下几方面。首先，框支柱方面。本工程的框支柱抗震等级设置为一级，其轴压比不得大于０.６。对于部分短柱来说，其轴压比设置不得大于０.５，配筋率不得小于１.５％，并且保证箍筋全长加密。这样可以避免脆性剪切破坏，改善整个剪力墙结构的抗震性能。其次，框支梁方面。此项目中，框支梁的宽度设定在６００～９０００ｍｍ之间。框架—支撑梁结构既是上部和下部的传递枢纽，又是保证整个剪力墙抗震性能的重要组成部分，所以在设计时要为其预留足够的空间，且框支梁配筋率配筋比例不应低于０.５％，并且配备了足够数量的腰筋，此外整个框支梁的设计始终坚持“强剪弱弯”的原则。
５结语
综上所述，在建筑结构设计方面，剪力墙结构的功能优势非常明显，实际应用较为广泛，其也是影响建筑结构安全稳定性的重要因素。基于此，在设计方面需要重视与实际情况相结合，严格依照规范要求，加强各参数的合理设计。尤其需要注意剪力墙结构的关键部位，选择合理的设计方案，加强平面设计等细节控制，充分发挥出剪力墙结构的应用优势。
作者：韩文燕 单位：大同市建筑设计学院
