剪力墻設(shè)計在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用分析

王昊

（山西五建集團有限公司， 山西 太原 030013）

經(jīng)濟高速發(fā)展的影響之下， 建筑施工行業(yè)也已經(jīng)進入了轉(zhuǎn)型發(fā)展的新階段， 因此需要重視建筑設(shè)計以及施工管理層面的改革實踐， 最終在保證施工效率的基礎(chǔ)之上提高施工質(zhì)量。 要注意在前期結(jié)構(gòu)設(shè)計以及后續(xù)施工環(huán)節(jié)重視剪力墻結(jié)構(gòu)的應用實踐，借此來提高建筑物的整體性能， 全方位滿足住戶的居住需求。 相關(guān)環(huán)節(jié)的改革實踐之中， 要注意理清楚剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概念， 進而由此著手找準各環(huán)節(jié)細節(jié)工作的側(cè)重點、 提高改革效果。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概述

剪力墻是實際建筑施工中經(jīng)常會用到的結(jié)構(gòu)墻體模式， 有時剪力墻結(jié)構(gòu)也會在建筑施工中被用作抗震墻。 剪力墻具有厚度小、 承載力強的特點， 并且已經(jīng)在建筑施工領(lǐng)域得到了相對廣泛的應用實踐，而這方面的創(chuàng)新改革也在原有基礎(chǔ)上提高了建筑物的支撐和抗壓效果， 進而提高了建筑物的安全性。

為了滿足實際施工需求， 需要在綜合考慮各環(huán)節(jié)細節(jié)因素的基礎(chǔ)之上選擇合適的剪力墻結(jié)構(gòu)模式，進而在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)之上提高施工效率。 實際施工中， 常用的剪力墻結(jié)構(gòu)主要包括以下類型:第一， 實體剪力墻。 其特點在于沒有在墻體設(shè)置洞口， 因此具有較強的穩(wěn)定性和承重能力[1]。 第二，整體小開口剪力墻。 在施工過程中， 會在這部分剪力墻上開孔。 雖說孔洞的面積通常不會超過剪力墻結(jié)構(gòu)的15%， 但卻仍舊有可能對墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力造成影響。 在此基礎(chǔ)上， 施工過程中還會有可能造成連接處反彎的問題， 因此使用過程中要注意把控好相關(guān)環(huán)節(jié)的細節(jié)問題， 以保證整體施工質(zhì)量。 第三， 雙肢剪力墻結(jié)構(gòu)。 由于該剪力墻結(jié)構(gòu)會設(shè)置有較大的孔洞， 因此會對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。 如果要在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計之中使用該形式的剪力墻結(jié)構(gòu)， 則需要重點把控好各個環(huán)節(jié)的細節(jié)問題， 從而降低孔洞對于剪力墻承重能力和穩(wěn)定性造成的負面影響。 第四， 壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)。 由于該類型的剪力墻結(jié)構(gòu)會開設(shè)有較大的孔洞， 因此不可避免的會對其整體承載能力和穩(wěn)定性造成負面影響[2]。 前期設(shè)計以及后續(xù)施工環(huán)節(jié)，如果要使用該形式的剪力墻結(jié)構(gòu)， 則同樣需要重視各環(huán)節(jié)細節(jié)問題的監(jiān)督把控好各個環(huán)節(jié)的細節(jié)問題，以保證整體設(shè)計效果和施工質(zhì)量。 四種剪力墻結(jié)構(gòu)的圖示如圖1 所示。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)的圖示匯總

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題分析

雖說剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)在實際建筑施工之中得到了較為廣泛的應用實踐， 但前期設(shè)計階段卻仍舊存在諸多需要進一步解決的問題。 而解決好這方面的問題便成為了今后一段時期內(nèi)的工作重點。 問題分析如下。

2.1 設(shè)計層面存在的問題

實際工作中， 要注意以建筑物的結(jié)構(gòu)性能以及實際強度為出發(fā)點完成具體的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。參照相關(guān)環(huán)節(jié)的設(shè)計案例可知， 實際設(shè)計工作中會有出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的可能， 主要原因在于設(shè)計人員沒有實現(xiàn)對于各環(huán)節(jié)細節(jié)問題的精準把控， 并且沒有重視某些特殊因素對實際設(shè)計質(zhì)量造成的影響，所以很難保證設(shè)計方案的準確性和有效性。 除上述問題之外， 還需要重點關(guān)注構(gòu)件施工質(zhì)量的風險問題。 在無法保證構(gòu)件施工質(zhì)量的前提下， 很有可能會在后續(xù)施工以及使用過程中出現(xiàn)安全風險隱患。實際結(jié)構(gòu)設(shè)計之中， 還會有可能在各種不確定因素的影響之下使各種不同的剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的使用差異， 這邊需要設(shè)計人員根據(jù)實際工作需要做好各環(huán)節(jié)細節(jié)工作的優(yōu)化調(diào)整， 進而在保證方案可行性和施工質(zhì)量的基礎(chǔ)之上降低工程造價[3]。 然而結(jié)合實際工作現(xiàn)狀分析， 目前設(shè)計人員仍舊停留在以照搬計算機數(shù)據(jù)點算模型為主導的設(shè)計階段， 因此會造成方案不合理和工程成本居高不下的問題。

2.2 結(jié)構(gòu)計算參數(shù)標準存在的問題

實際剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計之中， 需要完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計算工作。 現(xiàn)階段， 已經(jīng)對各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)提出了具體的要求， 并且必須要在超過設(shè)定數(shù)值的基礎(chǔ)之上才能夠保證其合理性， 但就實際工作現(xiàn)狀分析，這一環(huán)節(jié)的工作情況其實并不理想。 例如， 振型數(shù)的設(shè)計計算很容易會受到建筑物類型的影響， 并且在多塔類型的建筑結(jié)構(gòu)之下很容易會出現(xiàn)數(shù)據(jù)計算偏差的問題。 在上述問題的影響之下， 配筋率等數(shù)據(jù)的計算工作也會出現(xiàn)偏差。 其實這方面的問題都會影響到設(shè)計效果， 進而影響到建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 連梁環(huán)節(jié)的問題

如果要使用雙肢式的建筑剪力墻結(jié)構(gòu)， 那就必須要發(fā)揮出連梁的連接作用。 連梁的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在跨度和截面面積之上， 施工過程中連梁會產(chǎn)生較為突出的內(nèi)作用力。 因此在計算剪力墻的剛度數(shù)值時需要全方位考慮剪力墻的受力情況， 并且需要重點關(guān)注相關(guān)數(shù)據(jù)的準確度[4]。 然而結(jié)合實際工作現(xiàn)狀分析， 施工過程中由于人為疏忽或是連梁超筋問題的影響， 根本無法保證有關(guān)數(shù)據(jù)的準確度并且連梁也難以達到建筑物需要的固定要求， 由此而造成了極大地質(zhì)量和安全隱患。

3 剪力墻設(shè)計在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用實踐分析

3.1 提高設(shè)計方法的合理性

要想確保建筑工程建構(gòu)設(shè)計的科學性和合理性，需要從剪力墻設(shè)計、 結(jié)構(gòu)布局等方面入手， 以確保設(shè)計方案在抗震性能方面能夠達到理想狀態(tài)。 選用最為科學的設(shè)計方法是確保剪力墻設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)條件， 要求設(shè)計人員能夠從建筑的實際情況及質(zhì)量要求入手， 結(jié)合對工程的實際需求以及安全性能選擇最為合適的設(shè)計方案。

在對設(shè)計方法進行選擇時， 工作人員要充分考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)所具有特性和優(yōu)勢， 為了確保其能夠在受彎的狀態(tài)下也能夠發(fā)揮良好性能， 可以在設(shè)計過程中根據(jù)工程項目的實際需求調(diào)整其寬度。 但需要注意的是， 如果剪力墻結(jié)構(gòu)長度過長會影響到工程的減震效果， 進而影響到墻體的工程質(zhì)量。 在針對設(shè)計方法的選擇上， 設(shè)計人員也要充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的資源優(yōu)勢， 通過大量的數(shù)據(jù)印證和實踐演練得出更加精確的結(jié)果， 并根據(jù)現(xiàn)有問題制定出有效的應對方案， 既要保證剪力墻結(jié)構(gòu)布置的合理性，又要確保其穩(wěn)定性能夠滿足工程質(zhì)量的實際標準。

3.2 基礎(chǔ)方案及承重構(gòu)件設(shè)計

前期， 需要在綜合考慮施工區(qū)域水文、 地質(zhì)條件以及周邊建筑物分布情況的基礎(chǔ)之上完成基礎(chǔ)方案的設(shè)計工作， 進而為后續(xù)相關(guān)施工工作的有序推進打好基礎(chǔ)。 在此基礎(chǔ)上， 設(shè)計人員還需要在綜合考慮各環(huán)節(jié)實際情況的基礎(chǔ)之上遵循現(xiàn)行的技術(shù)標準做好剪力墻承重構(gòu)件的規(guī)劃設(shè)計工作， 從而保證建筑物主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 這一環(huán)節(jié)的設(shè)計工作之中， 要注意提高對于墻體配筋率問題的關(guān)注度。 具體來說， 水平和豎直方向上的配筋率都不能低于0.25%。必要時， 還應當對結(jié)構(gòu)底部的配筋率進行適當?shù)募訌娞幚恚?讓其不低于0.3%。 實際工作中， 要注意引導設(shè)計人員準確把控基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件設(shè)計之間的聯(lián)系性， 并且在整合工作經(jīng)驗和現(xiàn)行技術(shù)參數(shù)標準的基礎(chǔ)之上完成好具體的設(shè)計工作， 進而避免相關(guān)環(huán)節(jié)的風險隱患并且保證設(shè)計方案的可行性。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

實際設(shè)計工作中， 只有雙向設(shè)計才能夠發(fā)揮出剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢， 并且需要盡量讓兩個來自不同方向的剛度保持一致， 在墻體內(nèi)部形成空間結(jié)構(gòu)。在剛度中心與建筑中心出現(xiàn)較大偏離的情況之下，需要注意做好墻肢長度、 連梁高度、 剛度中心位置的調(diào)整工作。

已知剪力墻抗側(cè)剛性較強， 并且結(jié)構(gòu)自振周期較短， 因此會承受較大程度的水平地震剪力作用。隨著時間的推移， 這類問題會直接影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的性能及穩(wěn)定性。 為了最大限度的減輕水平地震剪力對建筑結(jié)構(gòu)造成的沖擊力， 最主要的就是降低剪力墻結(jié)構(gòu)的整體自重， 增強結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。具體需要通過減少墻體厚度、 增加主次結(jié)構(gòu)墻體間距或是減少墻體數(shù)量的方式來完成上述改革實踐。承載能力顯著和平面剛度顯著是剪力墻結(jié)構(gòu)最為值得關(guān)注的優(yōu)勢， 但其在平面外承載力方面卻存在非常明顯的短板。 由此著手分析， 不能在實際設(shè)計工作中將平面外方向的連梁與剪力墻結(jié)構(gòu)直接連接在一起， 否則會造成墻肢平面外彎矩增大的問題， 進而影響到梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 設(shè)計工作中， 可以嘗試采用半剛連接的設(shè)計思路完成對于墻肢平面外彎矩的調(diào)整工作， 進而解決好上述問題。

3.4 大墻肢處理

實際設(shè)計工作中， 設(shè)計人員要充分考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)自身具有的延伸性， 如果因為工作失誤未對這一環(huán)節(jié)的工作進行必要的監(jiān)督調(diào)整， 則會影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 在此基礎(chǔ)上， 設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)的初衷在于全方位滿足建筑物的承載力要求，因此可以通過封層間隔設(shè)計的方式將較長的剪力墻結(jié)構(gòu)拆解成一定數(shù)量的獨立墻段， 從而提高墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 這一設(shè)計能夠避免建筑工程在投入使用之后因為外力作用而造成的剪力墻結(jié)構(gòu)破壞問題。前期設(shè)計規(guī)劃環(huán)節(jié)， 還需要規(guī)劃好剪力墻結(jié)構(gòu)的開孔位置， 進而通過這種方式將大墻肢轉(zhuǎn)化成短墻肢。要注意引導施工人員做好開孔的封堵工作， 并且需要通過調(diào)整鋼筋數(shù)量的方式提高剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力。

3.5 剪力墻厚度和配筋率設(shè)計

首先厚度設(shè)計環(huán)節(jié)， 需要在現(xiàn)行技術(shù)標準和政策發(fā)揮的約束之下做好具體的厚度控制工作。 在建筑物抗震等級為一級和二級的情況下， 需要將剪力墻底部加強部位的厚度控制在200mm以上， 之后還需要讓其大于層高的1/16。 在此基礎(chǔ)上， 不能讓剪力墻其他結(jié)構(gòu)的厚度小于160mm。 如果剪力墻端頭未涉及翼墻， 則需要讓其厚度大于層高的1/12。 雖說需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)遵循上述規(guī)定， 但上述規(guī)定卻并不適用于所有建筑。 如果建筑物的層數(shù)在5 ～15層以內(nèi)， 此時剪力墻結(jié)構(gòu)的軸壓比大都會小于0.2。如果按照這一原則進行計算， 則剪力墻的厚度需要控制在240mm以上。 在上述情況之下， 工作人員需要依據(jù)自身的設(shè)計經(jīng)驗在分析相關(guān)理論概念的基礎(chǔ)之上控制好墻肢軸壓比， 進而明確剪力墻墻體的截面強度并且完成好配筋率的設(shè)計工作。 如此便可以在保證剪力墻結(jié)構(gòu)使用效能的基礎(chǔ)之上控制好墻體的厚度。

其次需要做好墻體配筋率的設(shè)計工作。 現(xiàn)行的政策和技術(shù)要求規(guī)定， 如果建筑物的抗震等級為一、二、 三級， 那么水平和豎直方向的最小配筋率不能低于0.25%。 在此基礎(chǔ)上， 不應當讓部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強位置的配筋率小于0.3%。 如果按照上述規(guī)定完成好剪力墻配筋率的設(shè)計工作， 可以在長度較大或是高度較高的剪力墻結(jié)構(gòu)之中保證整體穩(wěn)定性， 但在面對低矮型剪力墻時則需要根據(jù)實際需要對配筋率進行必要的調(diào)整改動。

3.6 連梁的設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整

連梁主要承擔的是連接墻肢的作用， 并且墻肢也會在建筑工程投入使用之后由于實際產(chǎn)生的負荷而出現(xiàn)彎折現(xiàn)象。 這類問題會直接影響到連梁的平直度和穩(wěn)定性。 實際工作中， 可以通過改善連梁受力情況的方式完成好相關(guān)環(huán)節(jié)的設(shè)計實踐， 并且提高其整體性能。

結(jié)合實際工作現(xiàn)狀分析， 需要在連梁設(shè)計中重點關(guān)注以下問題: 第一， 做好連梁剛度的折減處理。在連梁跨高較低， 與相連墻肢剛度存在較大差異的前提下， 實際產(chǎn)生的水平應力會使連梁受到較大的內(nèi)力作用， 之后便會讓其出現(xiàn)連梁裂縫或破損問題[5]。 基于上述現(xiàn)狀分析， 需要在實際設(shè)計工作中做好連梁剛度的折減工作， 并且需要將折減系數(shù)控制在0.5 以上。 第二， 增加洞口寬度。 在降低連梁剛度時還需要通過增加洞口寬度的方式提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。 第三， 根據(jù)實際需要增加建立墻的厚度。

4 結(jié)語

在建筑施工行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的大背景下， 各方對于建筑工程的施工質(zhì)量也提出了一系列新要求， 于是建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題成為了爭相關(guān)注的熱點話題。 剪力墻結(jié)構(gòu)是近幾年新興的建筑結(jié)構(gòu)， 將其應用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之中可以達到提高建筑物抗風抗震能力、 延長建筑物使用壽命的效果， 因此要提高對于剪力墻設(shè)計的關(guān)注度。 重點在于通過各環(huán)節(jié)細節(jié)工作的優(yōu)化把控讓剪力墻結(jié)構(gòu)在前期設(shè)計以及后續(xù)施工之中發(fā)揮出應有的作用， 進而提高建筑物整體結(jié)構(gòu)和施工質(zhì)量的穩(wěn)定性。 前文立足于實際工作經(jīng)驗在分析相關(guān)理論概念的基礎(chǔ)之上針對剪力墻設(shè)計在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用實踐進行了整合分析， 希望能夠推動建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的創(chuàng)新改革。