王艷梅

（山西華鼎建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西太原 030000）

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定義

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻（shear wall）又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體。剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種結(jié)構(gòu)形式，是指由剪力墻同時(shí)承受豎向荷載和水平作用（風(fēng)荷載或地震作用）的結(jié)構(gòu)。其墻體構(gòu)成是一種以鋼筋混凝土板為主，通過拼接與組裝或者現(xiàn)場(chǎng)澆筑完成實(shí)際建設(shè)，為保證其承重能力，裝配式剪力墻安裝中不但要考慮其安裝設(shè)計(jì)的位置，還需要進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算[1]。以此保證建筑的和諧性與穩(wěn)定性。

裝配式剪力墻代替現(xiàn)場(chǎng)制作的鋼筋混凝土墻體，通過組裝的形式承擔(dān)建筑的承重需求，在荷載作用力之下，其可能會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)力，位置的設(shè)計(jì)以及墻體的厚度都可能對(duì)承載的質(zhì)量產(chǎn)生影響。雖然該種結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在長(zhǎng)時(shí)間使用的環(huán)境下，也可能會(huì)產(chǎn)生一定的影響，縮短建筑壽命[2]。剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，地震傾覆力對(duì)建筑使用壽命產(chǎn)生一定的制約，地震傾覆力如大于結(jié)構(gòu)承載力，剪力墻數(shù)量如果較少，設(shè)計(jì)人員應(yīng)適當(dāng)減少傾覆力矩，或增加剪力墻數(shù)量。

剪力墻根據(jù)墻面開洞大小情況，分為整截面墻、整體小開口墻、聯(lián)肢墻和壁式框架。其中聯(lián)肢剪力墻應(yīng)用普及度較高[3]。圖1 為聯(lián)肢墻結(jié)構(gòu)。

圖1 聯(lián)肢墻結(jié)構(gòu)

聯(lián)肢剪力墻：該種剪力墻結(jié)構(gòu)是沿豎向開有一列或多列較大的洞口，可以簡(jiǎn)化為若干個(gè)單肢剪力墻或墻肢與一系列連梁連接起來組成。受力特點(diǎn)：連梁對(duì)墻肢有一定的約束作用，墻肢局部彎矩較大，整個(gè)截面正應(yīng)力已不再呈直線分布。

剪力墻實(shí)際的使用中，墻體洞口的承載力分析中，部分存在受力能力較小的情況，如無其他因素影響，建筑設(shè)計(jì)穩(wěn)定性能夠獲得相應(yīng)的保障，為防止意外出現(xiàn)，還需進(jìn)行各種異常情況的分析與查找，促使建筑墻體達(dá)到安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

1.2 剪力墻設(shè)計(jì)的分類

就目前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的實(shí)際應(yīng)用來說，剪力墻的使用需要根據(jù)實(shí)際使用上的需求展開分析，具體包含建筑設(shè)計(jì)方面的需求以及實(shí)際建筑中氣候環(huán)境、地質(zhì)情況等方面內(nèi)容判斷[6]。

（1）在部分建筑中，如果建筑支撐性需求較低，可以采用以正面墻體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)抗剪力的作用。在整體剪力墻設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)中，墻體的使用標(biāo)準(zhǔn)容錯(cuò)率較高，85%以上的墻體都滿足實(shí)際使用的需求[7]。實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要將其變形與彎曲等方面的情況進(jìn)行考慮，并通過相應(yīng)的手段保證剪力墻的應(yīng)用質(zhì)量，具體可按照實(shí)際需求將外包線設(shè)計(jì)建設(shè)成拋物線形狀的設(shè)計(jì)。

（2）剪力墻在展開設(shè)計(jì)的過程中，孔洞開設(shè)是剪力墻設(shè)計(jì)中的一部分，孔洞分布數(shù)量占到剪力墻數(shù)量的一半，分布形狀需要保證其均勻性，以帶狀為主，通過強(qiáng)化墻體雙肢建設(shè)方面的工作，以維持建筑體的穩(wěn)定性。

（3）除此之外，整體抗剪性可以通過四邊框的形式進(jìn)行，由于剪力墻存在易變性等方面問題，實(shí)際建設(shè)中需要增加連梁的引入，以保證建設(shè)中各方面的需求得以滿足。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的優(yōu)缺點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可從優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)兩方面展開。

1.3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好。

（2）剪力墻的剛度方面，剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，在水平力作用下側(cè)向位移小，承載力要求也比較容易滿足，其側(cè)向變形為彎曲型。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以完善，二者相結(jié)合可保證承重墻與非承重墻體質(zhì)量，保證內(nèi)部空間分割的靈活度，完善建筑布局[9]。同時(shí)，為購(gòu)房者提供更多種空間布局選擇，實(shí)際的格局改造中，建筑使用者也根據(jù)空間上的需求加以整改。

1.3.2 缺點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也較為明顯，涉及以下4 個(gè)方面。

（1）因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的承重能力較好，但是在實(shí)際應(yīng)用中需要密集分布，以保證建筑的穩(wěn)定性，建筑的空間靈活性難以保證。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，延展性較差，以建造小房間為主，住宅、賓館、宿舍等建筑為主[10]。

（3）就當(dāng)前技術(shù)來說，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在承載能力方面仍舊有一定的提升空間。

（4）相較于其他施工技術(shù)，剪力墻結(jié)構(gòu)可以對(duì)材料使用數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃控制，耗費(fèi)的成本也在一定程度上得以控制，進(jìn)而達(dá)成施工材料成本降低的目標(biāo)。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循的原則

2.1 最小剪力系數(shù)調(diào)整原則

為避免剪力墻自重因素對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，剪力墻的使用數(shù)量需要在一定程度上進(jìn)行控制[11]。建筑結(jié)構(gòu)自身的重量與建筑結(jié)構(gòu)的承重能力息息相關(guān)，尤其是在面對(duì)各種外部環(huán)境產(chǎn)生的影響中，建筑的居住功能可能會(huì)受到影響，具體的危險(xiǎn)因素包含地震、洪水等自然災(zāi)害等。

剪力墻截面厚度是影響剪力墻的重要因素，當(dāng)前，房屋剪力墻的厚度設(shè)計(jì)與剪力墻的面積與形狀有關(guān)，其中一字形剪力墻厚度需要控制18cm 左右，且普通剪力墻的厚度也應(yīng)在16cm 左右，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)剪力墻設(shè)置的位置以及實(shí)際承重需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)方面的選擇。與此同時(shí)剪力墻的整體長(zhǎng)度需要控制在8m 以內(nèi)，如超出該標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行其他形式的固定與安裝，以保證其穩(wěn)定性[12]。

2.2 連梁超限調(diào)整原則

剪力墻實(shí)際的設(shè)計(jì)與施工之中，相關(guān)人員需要加強(qiáng)考慮剪力墻的跨高問題，由于該種問題出現(xiàn)的頻率較高。因此，剪力墻的設(shè)計(jì)主要是提前對(duì)連梁跨高進(jìn)行合理調(diào)整，明確相應(yīng)的高度范圍，進(jìn)而展開施工建設(shè)。

若剪力墻的跨高比在5.5 左右，需要對(duì)其引起高度重視，剪力墻連梁高度被固定在標(biāo)準(zhǔn)值之間，保證其穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)波動(dòng)。其承載力以及彎矩計(jì)算方面，也應(yīng)將其控制在相應(yīng)的范圍之中，提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.3 最大位移比例調(diào)整原則

建筑結(jié)構(gòu)中，建筑質(zhì)量與其實(shí)際的高度相關(guān)，在層高控制能力方面，如果其為高層建筑，且處于外部影響因素較多的環(huán)境下，設(shè)計(jì)人員需要將剪力墻結(jié)構(gòu)的因素加以考慮，尤其是在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)范圍之中，樓層的最大彈性空間位移值的計(jì)算。在建筑物剪切彎曲處置需要參照一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量進(jìn)行控制，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量超出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量就難以保證，剪力墻結(jié)構(gòu)剪重比例也會(huì)隨之上升。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用策略

3.1 合理的確定剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中的位置

剪力墻結(jié)構(gòu)墻體平面位置在進(jìn)行確定的過程中，設(shè)計(jì)人員需要從多個(gè)方面進(jìn)行考慮，保證從細(xì)節(jié)處出發(fā)，以優(yōu)化建筑的各個(gè)細(xì)節(jié)，為之后的建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化做出準(zhǔn)備，具體流程如下。

（1）確定剪力墻位置，保證其合理性.剪力墻平面布置應(yīng)盡可能均勻、對(duì)稱、周邊化，盡量使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量重心重合，以減少扭轉(zhuǎn)，加大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。一般可控制二個(gè)方向的結(jié)構(gòu)周期、層間位移角等相差不宜超過20%。該項(xiàng)工作具體的著手處理需要從建筑整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，全面分析剪力墻設(shè)計(jì)中各結(jié)構(gòu)的分布情況保證其位置的科學(xué)性與合理性。對(duì)剪力墻的特點(diǎn)研究后發(fā)現(xiàn)在剪力墻結(jié)構(gòu)未知的研究中該項(xiàng)設(shè)計(jì)的地位較為重要，設(shè)計(jì)人員需要確定實(shí)際應(yīng)用的位置，以免出現(xiàn)濫用情況，最終導(dǎo)致成本上升。與此同時(shí)，在建筑設(shè)計(jì)的整體中，保證剪力墻設(shè)計(jì)的位置與整體建筑結(jié)構(gòu)位置的契合性，是實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體科學(xué)性的重要實(shí)踐。

（2）建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性保證，平衡問題至關(guān)重要。若想在一定程度上保證建筑整體結(jié)構(gòu)的平衡問題，在剪力墻的設(shè)計(jì)中，目前的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以對(duì)稱性的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為主，這是保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要研究之一，這對(duì)建筑設(shè)計(jì)師的專業(yè)水平要求較高，不但需要設(shè)計(jì)人對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能有所了解，還需要其從整體的角度出發(fā)，保證建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的合理性。

（3）建筑設(shè)計(jì)以實(shí)用性為主，美觀度為輔。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首要的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)就是需要保證其實(shí)用性，著重于突出剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種重要的結(jié)構(gòu)受力設(shè)計(jì)，在具體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)人員可以通過簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容較為復(fù)雜的部分，完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的優(yōu)化，且其不能過度地發(fā)揮剪力墻自身的優(yōu)勢(shì)，以防止建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受各種細(xì)節(jié)問題的影響。

3.2 針對(duì)剪力墻的大墻肢進(jìn)行設(shè)計(jì)處理

一般來說，大墻肢的處理是保證建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要事件，具體的處理形式如下。

（1）避免強(qiáng)制呈現(xiàn)脆性，減少剪切破壞的情況出現(xiàn)。在避免剪切受到破壞的實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員主要的工作方式就是在剪力墻設(shè)計(jì)的工作中通過短墻肢代替大墻肢，具體的調(diào)節(jié)方式為設(shè)計(jì)人員在實(shí)行設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中對(duì)相應(yīng)的施工洞采取預(yù)留的形式，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整的靈活性，具體地填充工作可以在實(shí)際施工之后進(jìn)行。

（2）適當(dāng)提升墻肢的配筋數(shù)量。墻肢在剪力墻結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用中，其優(yōu)點(diǎn)主要凸顯無須設(shè)計(jì)人員關(guān)注其受力情況，通常不需要鋼筋的使用予以補(bǔ)充，進(jìn)而減少鋼筋材料購(gòu)入的數(shù)量，達(dá)成開發(fā)商成本控制的目的，但是其在建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面會(huì)呈現(xiàn)弱化現(xiàn)象，尤其是在地震頻繁的區(qū)域，建筑的抗震能力至關(guān)重要。

3.3 完善剪力墻連梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑剪力墻設(shè)計(jì)的重要工藝之一，其對(duì)于剪力墻中各關(guān)節(jié)連接方面的需求能夠予以滿足。在具體的實(shí)踐中，含有大量的因素都能對(duì)連梁結(jié)構(gòu)跨高比以及截面尺寸造成相應(yīng)的影響。實(shí)際應(yīng)用下，對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量提升發(fā)揮著重要價(jià)值。其中，連梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的跨高作為設(shè)計(jì)中最重要的關(guān)卡，需要設(shè)計(jì)中各方人員引起重視，首先進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制，以免規(guī)格上的問題凸顯，連梁超限情況出現(xiàn)。

3.4 確定剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件合理數(shù)量

在剪力墻完成布置的環(huán)節(jié)，所涉及人員需要確定剪力墻邊緣構(gòu)件的固定原狀，保證其安裝的規(guī)范性。剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置至關(guān)重要。其主要目的就是為了增加墻體的延性，提升耗能能力，進(jìn)而在一定程度上保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震需求，剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置中，設(shè)計(jì)人員通常采用剪力墻中安裝暗柱或是端柱的形式保證其結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性，安裝位置通常在墻肢平面的端部、轉(zhuǎn)角以及剪力墻開較大洞口兩側(cè)的位置。

4 結(jié)語

綜上所述，由于人們對(duì)于建筑形式、風(fēng)格、結(jié)構(gòu)等要求不斷提升，設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技能提升勢(shì)在必行，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中充當(dāng)著重要角色，包含建筑的穩(wěn)定性，抗震能力提升，設(shè)計(jì)人員需要充分的了解當(dāng)前建筑的特點(diǎn)合理地進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)，保證建筑剪力墻的優(yōu)勢(shì)被有限放大，做好質(zhì)量控制多方面的努力。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)中的位置劃分與控制需多加計(jì)算與關(guān)注，并針對(duì)剪力墻的大墻肢設(shè)計(jì)處理、剪力墻連梁設(shè)計(jì)完善、確定剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件合理數(shù)量四個(gè)方面展開，一起為之后的建筑設(shè)計(jì)方案完善提供建議。