摘要：当前，随着经济的发展，对于建筑物的使用需求也在不断增加，因此建筑工程中结构设计应用也成了至关重要的环节，而剪力墙结构以刚度大、整体性好、抗震性强的优势被广泛的应用在各种建筑项目中。应对建筑结构进行科学合理布局，做好合理的分析和计算，综合采取有效对策，提高剪力墙结构设计水平，为后续施工创造良好条件，提高整个建筑结构的安全性、经济性。本文在此从剪力墙结构的特点及设计标准出发，对剪力墙结构在建筑结构设计中的几个具体的设计要点做了一定的探讨。
关键词：剪力墙结构；墙肢；配筋；过渡层
前言：
剪力墙结构具有用钢量小、坑侧刚度强、抗震能力强等特点，为了优化建筑结构，促进建筑质量的提高，应了解剪力墙结构的相关理论，严格遵循剪力墙结构设计原则，把握剪力墙结构的设计要点，充分发挥剪力墙结构在建筑设计中的作用。
一、建筑剪力墙结构概述
剪力墙是指主要用于承受地震、风荷载等作用引起的水平荷载的建筑墙体，剪力墙也可以称为抗震墙、抗风墙，剪力墙的主要作用是防止建筑结构受到剪力破坏。在进行剪力墙结构设计时，设计人员经常会采用钢筋混凝土墙板代替建筑框架结构中的梁柱，从而承载水平方向的各种荷载，对建筑结构产生的水平作用力进行有效地控制。
剪力墙主要是建筑物的围护墙和分隔墙，所以墙体的设置必须要符合建筑结构和平面布置的要求，同时要求剪力墙结构体系要具备较高的承载能力和抗侧力能力，因此其可以应用于较高的建筑物之中。剪力墙所具有的优点是水平和竖向的侧移比较小、侧向刚度比较大，剪力墙结构中的楼盖结构通常只能采用平板，并且可以不设梁，从而提高了空间的利用率。缺点是建筑平面布置不灵活、间距受到一定的限制、对于大空间的公共建筑物使用性较差，除此之外，剪力墙自身的重量比较大，通常只能适用于公寓、住宅以及旅馆等建筑物之中。
二、剪力墙结构特点分析
现浇钢筋混凝土剪力墙结构，除了承受楼板传来的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用。剪力墙结构的侧向刚度大，在水平力作用下的侧移较小，承载力较大，且整体性较好。通过合理的设计，可以将剪力墙优化成抗震性能良好的延性剪力墙。优化合理的剪力墙结构承载力大，侧向变形小，且有一定延性，在多次大地震中，剪力墙结构破坏较小，相对于其他结构形式，表现出很好的抗震性能。但剪力墙的最大间距受到限制，平面布置不够灵活，建筑空间受到一定影响，因此一些需要大空间的建筑使用剪力墙结构就受到了一定的限制。对于上部为住宅，底部几层为商场的高层建筑，对影响建筑使用空间的剪力墙，可以采用框支梁、框支柱来进行转换，扩大使用空间。
三、剪力墙结构的设计标准
第一，在一般情况下，剪力墙结构的高度和宽度都比较大，其受力情况和柱形体结构相似，因此我们在对其进行设计的过程中，一定要根据建筑结构的受力特点，来对剪力墙结构的高度、宽度和跨度之间的比值进行确定。第二，在建筑工程施工中，剪力墙结构平面内的刚度和承载能力较强，而平面外的刚度和承载能力就比较弱，这就使得人们在对其进行设计的过程中，基本上不对其外在刚度和承载能力进行验算，而是采用相关的防护措施来对剪力墙结构进行相应的处理，以避免剪力墙结构在使用的过程中受到外界环境因素的影响，而出现质量问题。第三，目前我们在对其建筑剪力墙结构进行设计和计算的过程中，设计人员除了要对墙体结构的水平和垂直方向的作用力进行确定以后，还要对整体结构截面的承载能力进行分析，只有这样才能使得剪力墙结构在使用时，可以很好的满足建筑设计的相关要求。从而使得建筑结构的质量和稳定性，都得到了进一步的增强。
四、建筑结构设计中剪力墙结构设计的几个具体应用
1、剪力墙结构的整体布局
剪力墙结构布局对于高层建筑结构设计非常重要。因为剪力墙结构必须承载高层建筑自身的重力荷载、风荷载和地震作用，所以在布局上就要考虑到轴线受力最小的特点，并且对称布局具有更好的稳定性。因此，在对剪力墙结构布局设计上，要慎重应用抗震性能低的短肢剪力墙结构，将设计中出现的洞口进行合并处理，合理布置剪力墙，避免独立墙肢的出现，而且需要对剪力墙结构的整体刚度进行有效地控制，确保能够达到位移限值的要求，以提高剪力墙结构的抗震性能。
2、剪力墙结构设计理念和计算方法
科学合理的设计方案是剪力墙结构设计的基础和保障，其不仅关系到建筑工程的整体性能，而且直接关乎建筑主体结构质量。当剪力墙结构为受弯状态，其具备较好的延性。因此，剪力墙一般为高细样式，假使其过长，很容易形成低宽剪力墙。因剪力墙呈现出脆性特征，其抗震性很容易被削弱。剪力墙结构设计中，切忌盲目，要以精准的计算为基础。当前，我国剪力墙结构设计中，多采用计算机执行设计工作。但是部分计算内容，仍然需要依靠人工执行。设计人员除了采用计算机，实现剪力墙结构计算之外，更要依据自身的专业构成及工作经验，对具体设计过程进行有效判定，提高设计质量，将设计过程中的偏差降到最低。而构件计算过程中，要通过结构试验，使计算结果更加准确，从根本上消除误差。
3、剪力墙平面布置要点
在剪力墙结构中，所有水平力和竖向荷载都是由钢筋混凝土墙承受的，因此，在设置剪力墙时，要沿着平面主轴线的方向布置，同时剪力墙的平面要对称布置，这样不仅能让剪力墙的刚度中心和质量中心保持一致，还能有效地降低剪力墙的扭矩。当剪力墙主要用于抗震时，在设计剪力墙结构时，要尽量避免布置单向平面，这样会极大的降低剪力墙的抗震能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4、剪力墙大墙肢处理
剪力墙本身的刚度非常大，同时也存在着一定的延伸性，这主要是因为施工材料无可避免的形成的。正因为如此，在进行剪力墙结构设计时同样需要考虑到延展特性，从实际出发，结构设计对整体性的作用将会更加科学。在剪力墙的结构设计中，极易出现弯曲破坏形式，容易在投入使用后经过一段时间的应力积累，造成脆性破坏。所以在设计过程中，要对剪力墙在满足承载要求的基础上，进行分层间隔设计，均匀独立的剪力墙对于提高墙体的结构承载力非常有效。长度较小的剪力墙在受弯时造成的裂缝宽度较小，可以发挥配筋的作用。一般而言，对于超过八米的墙肢长度，要采用开施工钎与开计算洞的方式进行处理。前者是在施工墙上留洞，在完成后进行砌填，对墙肢进行分解，而第二种是在计算时就设有孔洞，不过在施工阶段却为混凝土墙，从而加强其他的墙脚的配筋能力。
5、墙肢长度和厚度的选取
（1）墙肢长度
剪力墙墙肢长度一般不宜大于8m。结构设计中的剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计中弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每隔墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比宜大于6），使其可近似认为分成了独立墙段。
（2）墙肢厚度
根据国家的建筑设计规范的要求，在进行剪力墙的设计时，它的截面尺寸要满足建筑物抗震等级的要求。墙面的厚度要根据整体的抗震等级要求进行设计，墙体的底部要加强厚度，保证在200mm以上，其他部位的厚度要保持在160mm以上，在独立剪力墙的设置中，墙体底部的厚度要设置在180mm以上。
（3）剪力墙底部加强
剪力墙的底部是剪力墙的重要部分，在建筑抗震中起到了很大的作用，要做好剪力墙的底部加强工作，一般情况下取1/8剪力墙部分，如果剪力墙承受的剪力较大，那么就要大于一百五十米，此时应该取剪力墙的1/10来进行加固，这样才能加固剪力墙的整体结构。同时横梁连接处有这很重要的抗震构件，剪力墙底部设计的合理与否关系到剪力墙的结构受力和抗震性能。首先，将剪力墙底部棱角打磨光滑，进行清水清洗，进行独立柱的加固。其次，要进行支固，加固独立柱的根部，通常深度为地下40厘米，并将铆孔清洗干净顶入其中。最后，使用的硬度较大的石子配置混凝土，进行加固。
6、配筋设计及构造
（1）配筋
应该根据剪力墙的厚度来进行配筋设计，墙厚小于14cm时，应该采用双排配筋；当墙厚为40cm ～ 70cm 时，应该采取三排布置配筋；而当墙厚大于70cm 时，则应该采用四排配筋，而且应该将受力主筋均匀的布置成排。在一、二、三、四级抗震设计以及非抗震设计时，剪力墙的竖向与水平分布筋配筋率应该不小于0.20%，钢筋直径应该不小于8mm，其间距应该不大于30cm。对于部分框支剪力墙结构，抗震设计时加强部位的配筋率应该不小于0.3%，钢筋直径应该不小于8mm，间距应该不大于20cm；非抗震设计时应该不小于0.25%。房屋顶层剪力墙、楼梯间、电梯间剪力墙、端部开间纵向剪力墙的配筋率应该要控制在0.25%以上，而且钢筋的布置间距不应大于20cm。
（2）连梁
连梁也是剪力墙住宅建筑结构中非常重要的抗震构件，其设计的合理性直接关系到剪力墙结构的受力性能及抗震性能。在正常的荷载下，应该保证结构处于弹性工作状态，连梁也不允许产生塑性铰，而在遭遇地震时，可以允许结构进入弹塑性状态，此时，连梁也可以产生塑性铰。抗震规范要求，建筑物在低于本地区设防烈度的地震作用下，一般不损坏或者不影响使用；而在高于本地区设防烈度的地震时，不得发生倒塌及危及人们生命安全的破坏。在地震荷载的作用下连梁的破坏形式有脆性破坏与延性破坏两种，连梁的设计应该遵循强剪弱弯的原则，避免结构产生脆性破坏。
（3）剪力墙连梁超筋处理
连梁超筋在剪力墙结构设计中经常见到，剪力不满足剪压比要求会造成连梁超筋。通常在剪力墙结构中，连梁出现超筋的部位约在总高度三分之一的楼层，若平面中墙段过长，主要会在其中部出现，而当某一墙段中墙肢截面高度大小存在一定悬殊，会在墙肢处连梁超筋。剪切变形对剪力墙连梁来说相当敏感，若剪力墙连梁的尺寸不一致，可采取一定措施处理：（1）降低连梁的截面高度；（2）抗震设计的剪力墙中可对连梁弯矩及剪力采取适当调整；（3）若连梁破坏对承受竖向荷载的影响不够明显，假定连梁在大震下受到破坏，无法约束墙肢的结构，则按独立墙肢进行内力分析，选择两次计算所得的较大内力对墙肢进行配筋计算。
（4）约束边缘构件处理
无约束边缘构件的矩形截面剪力墙与有约束边缘构件的矩形截面剪力墙相比，极限承载力约降低40%左右，极限层间位移角约减少一倍，对地震能量的消耗能力降低20%左右，且对培板的稳定不利。剪力墙设置的边缘构件分为构造边缘构件和约束边缘构件。根据不同级别的剪力墙相关轴压比，应选取不同边缘构件。对于一、二级剪力墙底部加强部位以上的普通部位和三、四级非抗震设计的高层建筑及相邻上层或底部加强部位轴压比小于表l的多层房屋剪力墙，因此处理方法中均应设置构造边缘构件；而对于一、二级剪力墙结构的墙底部加强部位和相邻的上层，高层建筑及在重力荷载作用下墙体平均轴压比大于等于表l的规定值的多层房屋，所以应设置约束边缘构件。
（5）剪力墙的暗梁
对于框架-剪力墙结构，如剪力墙周边仅有柱而无梁时，宜设置暗梁，并且要求剪力墙两端是明柱，这是因为周边有梁柱的剪力墙，抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有这方面的要求，在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有利的，但究竟有多大则无从确定。因此在楼层位置设置暗梁虽然可行，但没有必要设置太大断面及配筋。该工程在地下室挡土墙顶面设置暗梁，断面取墙厚×500mm，配筋上下各2 18。
7、剪力墙结构过渡层的设计
对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，比如底层框架剪力墙结构，其过渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震中需要提供的抗倾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均匀荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者压剪的应力状态，而一旦有横向荷载作用时，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力及其抗裂性能都将相应地降低。根据试验表明，在垂直和反复横向荷载的作用下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体的横向承载力大约会降低两到三成。而如果按验算一般墙体横向承载力的方法，当其托梁的高跨比或者垂直荷载较小时，就将会过高地估计过渡层或者转换层剪力墙的抗震承载力，从而降低结构抗震的安全可靠性。
五、结语
综上，剪力墙结构在建筑结构中运用愈来愈广，实际设计过程中应结合剪力墙结构的实际情况，充分做好结构布置和剪力墙的形式、剪力墙的厚度、配筋率、结构自重及刚度等环节的设计，保证剪力墙结构设计的合理性和规范化，有效的提高建筑的稳定性，增加建筑的承重能力。
参考文献：
[1]卢赫晋.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].门窗，2014，01：190.
[2]蓝培余.解析建筑结构设计中剪力墙结构的应用[J].中华民居（下旬刊），2014，03：25.
[3]刘勋达，冯振鹏.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究，2012（05）.
论文作者:陈俊宇
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/31
标签：剪力墙论文; 结构论文; 荷载论文; 结构设计论文; 建筑论文; 刚度论文; 墙体论文; 《防护工程》2019年第5期论文;