孫浩然

北京城建北方集團有限公司，中國·北京 100000

1 引言

隨著科學技術(shù)的創(chuàng)新與應用，中國建筑領(lǐng)域獲得了前所未有的發(fā)展。各大建筑企業(yè)為了進一步提高建筑工程的施工質(zhì)量，完善建筑工程的使用功能，逐步加大了新型科學技術(shù)的應用力度。

在剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用日益廣泛的形勢下，國家相關(guān)部門也對剪力墻的位置、尺寸等設(shè)計提出了嚴格的要求。但是，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，要想將剪力墻結(jié)構(gòu)的應用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，從整體上提高建筑物的施工質(zhì)量，延長建筑物的使用壽命，還需要掌握相應的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則與設(shè)計方法。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)概述

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的概念

剪力墻，又被叫做結(jié)構(gòu)墻或者抗震墻。與普通墻體相比，剪力墻的厚度更小。如果建筑工程的建設(shè)規(guī)模較大，施工單位會將混凝土板材料作為建筑結(jié)構(gòu)框架中的梁柱，專門用來承受來自外界的各種壓力。所以，剪力墻的承受能力更強，甚至可以與柱子的受力能力相比。另外，剪力墻的應用還可以對建筑結(jié)構(gòu)的水平力進行掌控。作為建筑結(jié)構(gòu)中的支持結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)承擔的壓力主要是大風、地震等外界因素產(chǎn)生的水平荷載。剪力墻可以對這些外界因素產(chǎn)生的不良影響進行抵御，進而保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的應用優(yōu)勢

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻結(jié)構(gòu)的應用可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及美觀性。首先，剪力墻具有較強的剛度和承載力，在建筑結(jié)構(gòu)中可以幫助建筑物抵消一部分外部荷載，尤其是水平方向的荷載，進而從整體上保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其次，在剪力墻結(jié)構(gòu)的應用中，施工單位會選擇混凝土澆筑施工的方法。這種釋放方法，不僅可以從整體上提高剪力墻的綜合性能與作用，還可以最大限度地減少鋼材的消耗量，所以施工過程中投入的成本更低[1]。最后，在社會經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快的今天，人們對于物質(zhì)生活條件的改善也提出了更高的要求。將剪力墻結(jié)構(gòu)應用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，不僅可以將建筑內(nèi)部的隔墻與承重墻結(jié)合在一起，還可以借助隔斷墻設(shè)計使建筑內(nèi)部空間擴大，從而既可以優(yōu)化建筑物的使用功能，又可以增強建筑物的美觀性。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的種類

以剪力墻的洞口設(shè)計為標準，可以將剪力墻結(jié)構(gòu)分為以下四種。首先，是實體剪力墻。即沒有洞口的剪力墻。一般情況下，實體剪力墻有著較強的承載能力和穩(wěn)定性，很少出現(xiàn)質(zhì)量問題。其次，是小開口整體剪力墻，如圖1 所示。即洞口面積不足整個剪力墻結(jié)構(gòu)15%的剪力墻。雖然洞口較小，但是剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力也會受到一定的一定，甚至還會出現(xiàn)梁反彎等問題。再次，是聯(lián)肢剪力墻。即洞口面積較大的剪力墻。這類型的剪力墻結(jié)構(gòu)截面應力不高，所以也沒有足夠的承載能力。最后，壁式框架剪力墻，如圖2所示。即洞口面積更大的剪力墻。這類型的剪力墻整體性受到的影響比較大。除了梁柱外，很多交接位置都存在著不同程度的變形問題。

圖1 小開口整體剪力墻

圖2 壁式框架剪力墻

3 剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用原則

3.1 拉通對直

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻結(jié)構(gòu)的應用需要遵循拉通對直原則。即需要確保上下兩個樓層剪力墻結(jié)構(gòu)中的門窗、洞口在豎直方向上處于對直狀態(tài)。只有這樣，才能夠保證剪力墻結(jié)構(gòu)的傳力途徑得到合理的規(guī)劃，使其擁有較強的抗震性能[2]。另外，還要沿著軸線方向，對剪力墻結(jié)構(gòu)進行拉通對直處理，防止重疊、錯動等問題的出現(xiàn)，使剪力墻結(jié)構(gòu)的綜合性能受到影響。

3.2 雙向布置

在應用剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，分別沿著結(jié)構(gòu)的縱向、橫向方向進行鋪設(shè)，不僅可以從整體上提高剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，使剪力墻結(jié)構(gòu)擁有雙側(cè)抗側(cè)力，還可以對這兩個方向上的側(cè)剛度數(shù)值進行有效的控制，確保二者擁有相對接近的自振周期。

3.3 豎向貫穿

在應用剪力墻的過程中，需要確保剪力墻結(jié)構(gòu)能夠沿著豎直方向貫穿整個建筑結(jié)構(gòu)。如果剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)構(gòu)性改變，那么整個建筑墻體的剛度與厚度，也必然會發(fā)生相應的變化，整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能也會降低。在這種情況下，只有對剪力墻結(jié)構(gòu)的單元剛度進行調(diào)整，提高剪力墻結(jié)構(gòu)抵御側(cè)剛度的能力，才能夠確保剛度突變條件下，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能不受影響。

3.4 洞口對齊成列

剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力與剛度，直接受到其孔洞面積占比的影響。如果剪力墻結(jié)構(gòu)的長度較大，其承載的負荷也相對較大。提升開口的合理性，并使洞口上下對齊，成列布置，不僅可以對剪力墻結(jié)構(gòu)承受的負荷進行有效的分攤。另外，在應用剪力墻結(jié)構(gòu)的時候，還應當使用弱梁將洞口連接起來，確保墻肢長度不超過8 m。

3.5 適配建筑高度

上文提到剪力墻結(jié)構(gòu)主要包含十種類型。設(shè)計人員你需要結(jié)合整個建筑工程的實際情況和建設(shè)需求，進行剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇與應用，提高剪力墻結(jié)構(gòu)與建筑高度之間的適配性[3]。只有這樣，才能夠使建筑結(jié)構(gòu)的受力需求得到最大限度的滿足。而且，某些類型的剪力墻結(jié)構(gòu)也不適合大面積出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)當中，否則將會導致建筑結(jié)構(gòu)受力不均勻等問題的出現(xiàn)。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用實踐方法

4.1 基礎(chǔ)方案及平面布置

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，針對剪力墻結(jié)構(gòu)的應用，需要對建筑周邊的地質(zhì)、水文、建筑群分布以及施工工藝等要素進行綜合考慮，并采取一系列措施提高基礎(chǔ)方案的可行性。另外，剪力墻還屬于平面性墻體，所以必須要對剪力墻的平面布置予以高度的重視。首先，利用雙向布置設(shè)計，對剪力墻結(jié)構(gòu)的承重能力和抗力性能進行提高，并借此強化建筑空間的利用率，提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。例如，針對墻體的布置，不僅要對對稱性原則予以嚴格的遵守，還要盡可能地滿足建筑墻體在承重與美觀等方面的需求。其次，剪力墻結(jié)構(gòu)的中心應當與建筑內(nèi)部空間軸線相一致。這樣，可以明顯提高剪力墻結(jié)構(gòu)受力的均勻性。如果建筑結(jié)構(gòu)的高度較高，或者面積較大，不僅要對剪力墻的墻肢長度進行嚴格的控制，還要使其形成一連串的聯(lián)肢墻，為建筑墻體的整體性與平面布局的合理性提供保證。

4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)的應用，直接關(guān)系著整個建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。為了保證建筑物的空間結(jié)構(gòu)與抗震防御能力達到相關(guān)要求，必須要對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式與剛度等進行嚴格的控制。一方面，要確保剛度中心與建筑中心相一致，盡可能地將扭轉(zhuǎn)效應對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響降到最低。與此同時，還要對建筑工程施工現(xiàn)場的實際情況進行分析，并以此為基礎(chǔ)對墻肢長度和連梁高度進行調(diào)整，確保剛度中心能夠與建筑中心重疊[4]。另一方面，利用各種方式優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度與承受能力。例如，對縱橫墻體的厚度進行強化控制，拉長墻體之間的距離，控制墻體的使用數(shù)量等，都可以有效優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的使用性能。

4.3 剪力墻厚度與配筋

要想提高剪力墻結(jié)構(gòu)的應用效果，還需要對剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度與配筋予以重點控制。首先，對建筑工程的抗震需求進行分析，并結(jié)合相關(guān)部門出臺的標準規(guī)范，對剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度進行優(yōu)化設(shè)計。需要注意的是，某些標準規(guī)范并不完全適用于多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計或高程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。如果建筑結(jié)構(gòu)對于內(nèi)部空間的要求比較高，那么就不宜設(shè)計外縱墻和翼墻。同時，還要將墻體的厚度控制在320 mm 以上。其次，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中明確提出，如果建筑工程的抗震等級為1、2、3 級，針對剪力墻結(jié)構(gòu)的應用，就應當將墻體配筋率控制在0.25%以上，將部位配筋率控制在0.3%以上。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，剪力墻結(jié)構(gòu)的應用，也應當嚴格按照這一規(guī)定進行。最后，設(shè)計人員還需要對剪力墻結(jié)構(gòu)的承受壓力進行計算，然后根據(jù)計算結(jié)果，適當?shù)卣{(diào)整鋼筋用量，確保剪力墻結(jié)構(gòu)的應用優(yōu)勢能夠發(fā)揮出來。需要注意的是，如果要增加鋼筋用量，需要對剪力墻結(jié)構(gòu)的形狀與厚度等因素予以重點考慮，避免鋼筋用量過多，增加墻體本身的重量。

4.4 大墻肢處理

要想對剪力墻結(jié)構(gòu)進行合理的應用，并提高墻體的承載力、安全性、穩(wěn)定性以及耐久性，還必須要對剪力墻結(jié)構(gòu)的這一特性進行重點考慮。首先，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果使用到的剪力墻長度較大，則需要先確保剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力符合相關(guān)施工要求。同時，設(shè)計人員需要將剪力墻結(jié)構(gòu)分成多個相對獨立的墻段，以此來提高墻體的承載能力[5]。其次，如果使用到的剪力墻長度較短，則需要加強配筋設(shè)計的控制，并借此強化墻體的承載能力和強度。最后，為了提高剪力墻結(jié)構(gòu)的使用性能，在正式開始施工之前，需要做好剪力墻的開洞工作，并在最后施工結(jié)束后再對洞口進行砌填。

5 結(jié)語

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻結(jié)構(gòu)的應用有著非常突出的優(yōu)勢。但是，并不是所有的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，都能夠應用剪力墻結(jié)構(gòu)。鑒于此，設(shè)計人員在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，需要準確把握不同類型剪力墻結(jié)構(gòu)的特點與應用方法，然后在嚴格遵循相關(guān)原則的基礎(chǔ)上，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)方案及平面布置，加強剪力墻結(jié)構(gòu)厚度與配筋的控制，做好大墻肢處理工作，并從整體上提高剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。