田 力 山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院

1 引言

在建筑工程設(shè)計(jì)中，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?yàn)槿藗兲峁┌踩纳姝h(huán)境與工作環(huán)境，并同時(shí)加快現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)程。本文簡要介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分類標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)勢(shì)特征與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并提出了切實(shí)可行的改進(jìn)策略，旨在提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，保障建筑工程的質(zhì)量安全。

2 剪力墻的結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)是否開洞和開洞規(guī)格，可以將剪力墻結(jié)構(gòu)劃分為如下四類：墻壁式剪力墻結(jié)構(gòu)框架；整體小開口剪力墻結(jié)構(gòu)框架；雙肢或多肢剪力墻結(jié)構(gòu)框架；大墻肢剪力墻結(jié)構(gòu)框架。

（1）墻壁式的結(jié)構(gòu)框架。墻壁式的結(jié)構(gòu)框架需要在剪力墻上開一個(gè)較大的開口，且連梁線的剛度條件無限接近墻肢線的剛度條件，這使得受力墻在受到外界荷載作用力的情況下發(fā)生剪切性形變，這與框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)相似。在高層建筑或超高層建筑中，剪力墻往往會(huì)產(chǎn)生反彎點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致樓層與樓層之間發(fā)生彎矩形變化。

（2）小開口的剪力墻結(jié)構(gòu)框架。盡管整體小型開口的剪力墻框架結(jié)構(gòu)的開口尺度較小，但開洞面積約占整個(gè)墻面的15%以上。通常情況下，整體小型開口的剪力墻框架結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生彎曲形變。需要格外注意的是，此類剪力墻在墻肢高度上基本沒有彎點(diǎn)，只是彎矩位置會(huì)發(fā)生變化。

（3）雙肢或多肢的剪力墻結(jié)構(gòu)框架。雙肢或多肢的剪力墻結(jié)構(gòu)框架的開洞尺度較大，且開洞呈列分布。盡管雙肢或多肢的剪力墻結(jié)構(gòu)框架的開口模式與小開口的剪力墻結(jié)構(gòu)框架有所不同，但受力特點(diǎn)十分相似。

（4）大墻肢剪力墻結(jié)構(gòu)框架。如果實(shí)體墻或者截面剪力墻的開洞面積小于整體面積的15%，則墻肢高度的彎矩?zé)o突變、無彎點(diǎn)。

總而言之，這四類剪力墻結(jié)構(gòu)框架既有相似之處，也存在明顯差異，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合實(shí)際情況，選擇適宜的剪力墻結(jié)構(gòu)框架體系。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

3.1 經(jīng)濟(jì)性

與傳統(tǒng)的框架梁柱結(jié)構(gòu)形式相比，剪力墻框架結(jié)構(gòu)的投資成本損耗較大，但從安全性角度來說，設(shè)置剪力墻具有特異性優(yōu)勢(shì)。剪力墻是混凝土與鋼筋的結(jié)合產(chǎn)物，而且不需要填充過量的鋼材料增強(qiáng)整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，省時(shí)省力，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3.2 穩(wěn)定性

剪力墻是由鋼筋和混凝土配制而成，與傳統(tǒng)的框架梁柱相比，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。再從外觀形態(tài)方面來說，剪力墻框架結(jié)構(gòu)的美觀性也要優(yōu)于傳統(tǒng)框架梁柱結(jié)構(gòu)體系，且支撐效果更突出。

3.3 連續(xù)性

在剪力墻設(shè)計(jì)過程中，劃分區(qū)域的主要目的是分隔構(gòu)件，且從水平方向和豎直方向?qū)Ω鱾€(gè)區(qū)域?qū)嵭芯S護(hù)。一方面，注重整體建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性，另一方面，加強(qiáng)建筑物的格局獨(dú)立性與整體連續(xù)性。

3.4 規(guī)則性

在整個(gè)建筑工程項(xiàng)目中，往往會(huì)分成不同的區(qū)域。由于各區(qū)域的作用不同，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用到剪力墻結(jié)構(gòu)，又因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)具有連續(xù)性特征，將建筑的各區(qū)域緊密聯(lián)系在一起。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的規(guī)則性，在對(duì)整個(gè)建筑物進(jìn)行分區(qū)后，可以實(shí)現(xiàn)各區(qū)域維護(hù)工作的協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，提升整體工作水平。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為確保建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值，本文筆者根據(jù)以往積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了如下分析。

4.1 嚴(yán)格控制剪力墻配置數(shù)量

客觀的說，剪力墻結(jié)構(gòu)配置數(shù)量并不是越多越好。在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格控制剪力墻結(jié)構(gòu)配置數(shù)量。如果剪力墻結(jié)構(gòu)配置數(shù)量過多，不僅會(huì)影響整體建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡性，還會(huì)造成大量的成本損耗。設(shè)置剪力墻的主要目的是改善整體建筑結(jié)構(gòu)的性能，而在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需使用大量的鋼筋和混凝土，這極大的提高了剪力墻的密度，也在很大程度上改善了建筑物的抗震性能。

如果剪力墻結(jié)構(gòu)配置數(shù)量過多，會(huì)增加建筑物的重量，反而破壞建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性，削弱抗震性能，加大質(zhì)量安全隱患。為此，嚴(yán)格控制剪力墻結(jié)構(gòu)配置數(shù)量具有實(shí)際意義。

4.2 明確剪力墻平面布置要點(diǎn)

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)不同墻型的不同特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如墻體的受力特征、墻體的內(nèi)力分布狀態(tài)以及墻體的破壞形態(tài)等。在此基礎(chǔ)上，控制配筋數(shù)量，調(diào)整構(gòu)造形式。

通常情況下，剪力墻所承擔(dān)的豎直方向的壓力主要來自于結(jié)構(gòu)的自體重量和整個(gè)樓面的荷載重量。為此，設(shè)計(jì)人員要準(zhǔn)確計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)的荷載力，且堅(jiān)持“小震不壞，中震可修，大震不倒”的基本準(zhǔn)則。

在剪力墻的荷載功能中，要沿著建筑物平面主軸的方向，優(yōu)化剪力墻布局形式；注重剪力墻平面設(shè)計(jì)的對(duì)稱性與均衡性；針對(duì)溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力較大的部位，有目的性的增大剪力墻結(jié)構(gòu)中的配筋系數(shù)，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，加強(qiáng)抗震效果。

4.3 優(yōu)化轉(zhuǎn)向空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在剪力墻的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需采取橫縱向承重板交錯(cuò)排列的方式，構(gòu)建完整穩(wěn)定的承重體系。并優(yōu)化轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，沿主軸方向進(jìn)行雙向結(jié)構(gòu)設(shè)置，讓承重結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成一定空間，承載兩個(gè)方向的重力效應(yīng)，全面優(yōu)化剪力墻空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，充分利用剪力墻的側(cè)向剛度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇適宜的結(jié)構(gòu)材料，減輕墻體自體重量，拓展墻體內(nèi)部空間，確保剪力墻側(cè)向剛度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 完善連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮實(shí)際效能具有重要意義。設(shè)計(jì)人員需充分考慮連梁結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)與墻體的平衡性，改善剪力墻剛度條件，以及剪力墻與墻肢的連接密度。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可使用設(shè)計(jì)工具與計(jì)算系統(tǒng)，優(yōu)化建筑工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，加強(qiáng)參數(shù)的精確性。與此同時(shí)，將連梁的剛度折減率控制在0.5～1之間。

4.5 完善剪力墻大墻肢設(shè)計(jì)

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為確保剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮實(shí)際效能，企業(yè)應(yīng)參照施工方案與施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，優(yōu)化剪力墻墻肢施工作業(yè)，且協(xié)調(diào)處理施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題，維護(hù)剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。另外，在制定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，既要全面考慮剪力墻的延展性能，又要調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)的高度與寬度，并將寬高比控制在2以下。由此，最大限度地減小對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞。使用彎曲狀剪力墻，需要優(yōu)化如下幾個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）保證剪力墻高度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在規(guī)定位置內(nèi)，采用專業(yè)的開洞技術(shù)預(yù)留孔洞，使各個(gè)孔洞分布位置能夠合理劃分整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)，盡可能的減小彎曲效應(yīng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響，避免結(jié)構(gòu)裂縫問題。（2）為完善剪力墻的支撐作用，應(yīng)將剪力墻高度控制在合理范圍內(nèi)。如果剪力墻高度超過8米，需在指定位置進(jìn)行開洞，并且在剪力墻施工作業(yè)完畢后，使用預(yù)先配制的混凝土封堵孔洞。

4.6 完善剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)

在剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)過程中，要嚴(yán)格控制邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)形態(tài)。在剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中，根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境，選擇適宜的施工技術(shù)，不斷完善邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)。在完善邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)的過程中，按照構(gòu)件的作用進(jìn)行劃分，讓構(gòu)件在剪力墻結(jié)構(gòu)中發(fā)揮出實(shí)際效能。由此可見，嚴(yán)格參照施工要求，根據(jù)箍筋特征與配筋特征展開設(shè)計(jì)至關(guān)重要。根據(jù)箍筋特征、配筋特征與墻肢長度實(shí)行設(shè)計(jì)，可以有效控制剪力墻結(jié)構(gòu)的形態(tài)與規(guī)格，避免剪力墻設(shè)計(jì)不合理的問題。此外，在縱向鋼筋配置中，若約束構(gòu)件對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的約束作用，可以適當(dāng)降低剪力墻剛度，進(jìn)而充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)邊緣構(gòu)件自有的約束作用。

從上可以看出，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括控制剪力墻配置數(shù)量；明確剪力墻平面布置要點(diǎn)；優(yōu)化轉(zhuǎn)向空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完善連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；改進(jìn)剪力墻大墻肢設(shè)計(jì)；優(yōu)化剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語

綜上所述，在整個(gè)建筑工程結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻的受力情況較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的基本情況，嚴(yán)格遵照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，選擇合理的設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建完整的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型。同時(shí)，充分考慮多方面影響因素，加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，以此提升整體建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。