李長武（蘭州新現(xiàn)代建筑設計有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著社會的進步與發(fā)展，人們對建筑工程的質(zhì)量要求不斷提升，為滿足不斷提升的社會需求，建筑行業(yè)內(nèi)一直在積極的探索創(chuàng)新路徑，多種先進的建筑工藝和施工方法被不斷應用到建筑的建造過程中，在一定程度上提高了建筑工程的建筑質(zhì)量，推動了建筑行業(yè)的綜合發(fā)展。剪力墻結(jié)構(gòu)就是近年來獲得廣泛應用的一種建筑結(jié)構(gòu)設計，通過科學的應用剪力墻結(jié)構(gòu)，能大幅提升建筑的綜合性能。但目前行業(yè)內(nèi)關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)設計的尺寸、安裝位置等尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范和標注，主要依靠設計人員的經(jīng)驗展開設計，使得不同建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的設計和安裝都存在一定差異性，也可能存在一些安全隱患。設計人員應充分掌握剪力墻結(jié)構(gòu)的設計要點，保證剪力墻結(jié)構(gòu)設計能滿足建筑的建設要求。

1 建筑結(jié)構(gòu)設計中剪力墻結(jié)構(gòu)的設計原則

剪力墻結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟性高、美觀程度好、剛度大、承載力強等諸多優(yōu)點，能有效提高建筑結(jié)構(gòu)對水平荷載的抵抗能力，使建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性得到有效提升。但是由于目前國家和行業(yè)內(nèi)并沒有針對剪力墻結(jié)構(gòu)的設計形成統(tǒng)一的規(guī)范和標準，因此，設計人員在設計剪力墻結(jié)構(gòu)時，應遵循以下設計原則：

1.1 拉通對直

在設計建筑結(jié)構(gòu)時，應注意保持將上下樓層剪力墻結(jié)構(gòu)中的門窗和洞口保持垂直方向?qū)χ?，合理?guī)劃結(jié)構(gòu)的傳力途徑，保證剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。同時，應沿軸線將剪力墻結(jié)構(gòu)拉通對直，避免因出現(xiàn)重疊或錯洞現(xiàn)象影響整體結(jié)構(gòu)的綜合性能。

1.2 雙向布置原則

將剪力墻結(jié)構(gòu)沿著結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向鋪設，能進一步提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證剪力墻結(jié)構(gòu)具有雙側(cè)抗側(cè)力，還應盡量控制縱橫兩個方向產(chǎn)生的側(cè)剛度數(shù)值相近，使二者自振周期接近。

1.3 豎向貫穿

科學的剪力墻結(jié)構(gòu)應沿豎直方向從上至下貫穿整個結(jié)構(gòu)，若剪力墻結(jié)構(gòu)在豎直方向上發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，則墻體的剛度和厚度也可能一起發(fā)生變化，影響建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，此時，可通過調(diào)整剪力墻單元剛度的方式提高結(jié)構(gòu)對側(cè)剛度的抵抗能力，規(guī)避因剛度突變對結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生的負面影響。

1.4 洞口宜上下對齊、成列布置

孔洞會對剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力及剛度造成一定的影響，但當剪力墻結(jié)構(gòu)整片長度較長時，墻體需要承載的負荷過大，通過合理的開口能有效分攤負荷，用弱梁連接洞口，同時將墻肢長度控制在8m之內(nèi)[1]。

1.5 與建筑高度適配

剪力墻結(jié)構(gòu)根據(jù)孔口設計的不同分為實體剪力墻、小開口剪力墻、聯(lián)肢剪力墻、壁式框架剪力墻等類型，應根據(jù)建筑的實際情況科學的選擇不同的剪力墻結(jié)構(gòu)，使其技能與建筑的高度適配，又能滿足建筑的受力需求，少數(shù)類型的剪力墻結(jié)構(gòu)不宜在建筑中大面積應用，可能會導致建筑結(jié)構(gòu)受力不均。

1.6 降低墻肢的平面外彎矩

降低墻肢平面外彎矩的方法較多，如提高壁柱數(shù)量、增加豎直墻體數(shù)量、增加配筋率等，可結(jié)合實際條件靈活地選擇。

2 建筑結(jié)構(gòu)設計中剪力墻結(jié)構(gòu)設計的應用

2.1 基礎方案及承重構(gòu)件的設計

剪力墻結(jié)構(gòu)的設計方案應以施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)情況、周邊建筑分布情況、工程的建設要求等多種要素為基準綜合確認，確保剪力墻結(jié)構(gòu)的設計方案既能滿足建設要求，又能與周圍環(huán)節(jié)和諧共生。設計人員應結(jié)合建筑施工環(huán)境、相關(guān)標準的要求等合理規(guī)劃剪力墻的承重構(gòu)件，保證建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格。應將墻體配筋率作為剪力墻承重構(gòu)件設計的關(guān)注重點，水平和豎直方向的配筋率不應低于0.25%，少數(shù)框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強位置的配筋率應不少于0.3%。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設計過程中，設計人員應積極認識基礎方案的重要性，重點控制承重構(gòu)件的設計及優(yōu)化，結(jié)合自身設計經(jīng)驗和工程的各項參數(shù)科學確定工藝參數(shù)及建設標準，避免因設計不合理為結(jié)構(gòu)帶來的安全隱患，完成設計后應多方驗證，確保設計方案的科學性和可行性。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的設計

剪力墻結(jié)構(gòu)需要采用雙向設計，使墻體內(nèi)部形成空間結(jié)構(gòu)，尤其是抗震防御區(qū)，在進行雙向設計的過程中盡量將來自兩個方向的剛度保持一致[2]。剪力墻結(jié)構(gòu)的設計中盡量保持其平面均勻分布，剛度中心接近建筑結(jié)構(gòu)整體的中心，最大化減少扭轉(zhuǎn)效應，若剛度中心與建筑中心的偏離程度較高，可在條件允許的情況下通過調(diào)整墻肢長度和連梁的高度對剛度中心位置進行調(diào)整。由于剪力墻具有較強的抗側(cè)剛性，結(jié)構(gòu)自振周期較短，承受的水平地震作用較大，可能影響結(jié)構(gòu)的整體性能。為減少水平地震剪力對建筑結(jié)構(gòu)的影響，可通過減少墻體厚度，在主次結(jié)構(gòu)設計中增大墻體間距，減少墻體總數(shù)等方式降低結(jié)構(gòu)整體自重，增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。剪力墻結(jié)構(gòu)最顯著的優(yōu)勢就是具較好的承載能力和平面剛度，但平面外承載力和剛度卻相對較弱，若在設計中直接將平面外方向梁與剪力墻相連，可能會使墻肢平面外彎矩增大，為改善此種情況，在樓面截面不大的條件下，可采用半剛接的設計方案調(diào)整墻肢平面外彎矩。

2.3 大墻肢處理

在進行剪力墻結(jié)構(gòu)的設計過程中，應充分考慮其具有的延伸性，若未能對其進行科學的處理，可能會影響剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久度[3]。在保證剪力墻結(jié)構(gòu)滿足建筑承載要求的前提下，可采用封層間隔的設計形式將長度較大的剪力墻結(jié)構(gòu)劃分成一定數(shù)量的獨立墻段，提高其穩(wěn)定性，避免建筑在投入使用后因外力的作用對剪力墻結(jié)構(gòu)整體造成破壞，若想實現(xiàn)該目的可在施工過程中在長度較長的剪力墻結(jié)構(gòu)中適當開孔，即是將長墻肢轉(zhuǎn)化為短墻肢，施工結(jié)束后對開設的空洞進行必要的封堵。另外，還可通過調(diào)整配筋數(shù)量提高長度較小的剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力，可在設計剪力墻結(jié)構(gòu)時適當留洞，以適當調(diào)整墻肢的配筋數(shù)量。

2.4 剪力墻厚度的控制與配筋

一般情況下，剪力墻的高度和寬度數(shù)值較大，但厚度較小，受力特點與柱形結(jié)構(gòu)相似，主要存在高厚比的差異性，若高厚比小于4，可借鑒柱的設計方法對剪力墻結(jié)構(gòu)進行時設計；若高厚比約等于4，可借鑒異形柱的設計方法設計雙向受壓結(jié)構(gòu)。

2.4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)厚度設計

根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定要求，若建筑工程的抗震等級是一級或二級，則剪力墻底部加強部位的厚度應大于200mm，并且應大于層高的1/16，剪力墻的其他結(jié)構(gòu)厚度不能小于160mm；若剪力墻端頭未涉及翼墻，則應大于層高的1/12[4]。但是相關(guān)規(guī)定并不適用于所有建筑結(jié)構(gòu)，如在設計低高層或多層建筑結(jié)構(gòu)時，若建筑層數(shù)在5~15以內(nèi)，該種情況下的剪力墻肢在重力荷載代表值下，軸壓比多小于0.2，若按照規(guī)定計算，底部功能要求3.9m層高，墻體厚度至少為240mm。若出現(xiàn)此種情況，設計人員應結(jié)合自身設計經(jīng)驗，通過概念設計分析，重新規(guī)劃墻肢軸壓比，驗算剪力墻墻體截面的強度，科學設置配筋率，在確保剪力墻綜合性能符合建筑要求的情況下，減少墻體厚度。

2.4.2 墻體配筋率設計

國家明確規(guī)定，在設計抗震等級為一、二、三級的剪力墻結(jié)構(gòu)時，水平和豎直方向的最小配筋率不應小于0.25%，部分框支剪力墻底部加強位置配筋率不應小于0.3%。該要求在長度較大或高度較高的剪力墻結(jié)構(gòu)中應用能顯著提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是在低矮剪力墻結(jié)構(gòu)中應用時應反復確認配筋率的科學性。

2.5 連梁的設計與優(yōu)化

連梁主要承擔連接墻肢的作用，墻肢會在強大的水平負荷作用下發(fā)生彎折現(xiàn)象，進而影響連梁的平直度，破壞墻肢整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[5]。通過改善墻肢的受力情況能有效規(guī)避墻肢的彎折，因此，連梁設計的合理性也會在一定程度上影響剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能。

連梁并不是所有剪力墻中的必要結(jié)構(gòu)，但對設有連梁的剪力墻來說，若設計合理性不足，則勢必會對連梁的承載力造成一定的影響，甚至會造成截面與設計不符的情況。所以，在設計連梁的過程中應重點關(guān)注以下內(nèi)容：①折減連梁剛度[6]，連梁跨高較低，與其相連的墻肢剛度較大，在產(chǎn)生水平應力時會使連梁承受較大內(nèi)力作用，進而引發(fā)連梁裂縫或破損，所以在設計時應科學折減連梁的剛度，若設防裂度較小，可適當減少折減量，若設防裂度較大可適當增加折減，但應控制折減系數(shù)在0.5以上；②增加洞口寬度，在降低連梁高度的同時增加洞口寬度，能顯著減少連梁剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能；③結(jié)合實際情況增加剪力墻厚度。

3 結(jié)語

在城市人口不斷增加的情況下，城市中的建筑高度會呈現(xiàn)逐漸提高的發(fā)展趨勢，剪力墻結(jié)構(gòu)的應用范圍也會不斷提升，為進一步提升剪力墻結(jié)構(gòu)的科學性和合理性，設計人員應對剪力墻結(jié)構(gòu)的設計不斷進行創(chuàng)新與優(yōu)化，通過應用剪力墻結(jié)構(gòu)，促進我國高層建筑的建筑工藝更加成熟，推動我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。