王术利

天津海奥房地产开发有限公司 天津 300384

引言

在国家部门大力支持下，我国建筑行业得到了迅速发展。其中，剪力墙结构技术的发展，为建筑设计质量和建筑整体性能的提升提供了技术支持。剪力墙结构刚度大、承载力较强，并且抗震、抗风性能好，在高层建筑中应用越来越广泛。因此，研究建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用具有积极的社会意义。

1 剪力墙结构形式特点

剪力墙又称抗震墙，该结构形式在承受外力的情况下所受侧向变形小，承载力大，延展性较好，因此其抗震性能比较好。但是剪力墙结构形式在进行平面布置时会有一定局限性，其间距较小，空间会显得稍微局促，因而广泛应用在住宅、酒店、公寓等建筑中，而公共建筑应用较少。随着短肢剪力墙结构的应用越来越广泛，室内布局改造的灵活性得到增加，但有试验研究表明该布置是以降低整个结构受力性能为代价的，虽然降低幅度较小，但在设计中还需根据建筑物整体情况慎重选择[1]。

2 剪力墙结构设计分类

2.1 整体墙

剪力墙结构自身具有较强的稳定性，而且抗拉和抗压能力都比较强，整体墙孔洞比较大，但是数量少，部分墙体上并没有设置孔洞，从受力方向上来看属于竖向受力的情况。从水平结构来看，较大的荷载会使剪力墙的高度和宽度扩大，导致墙体界面出现变形的情况。整体墙截面虽然可能会出现变形，但是仍然符合剪力墙标准，墙体正面在应力的影响下形成线性分布，使墙体始终保持安全性和稳定性。

2.2 壁式框架剪力墙

在进行该部分设计时，其内部墙体的开洞尺寸相对较大，并且能够产生一定的节点区。

2.3 联肢墙

联肢墙与小开口墙相似，都是孔洞比较大的墙体，如果开孔连接位置强度比墙肢小时，水平荷载将导致剪力墙连接位置出现反弯点的情况。这种结构中每个墙肢都是独立的个体，并独立发挥作用。而这些独立的墙肢个体进行连接就会形成剪力墙，这种剪力墙也被称为联肢墙。

2.4 整体小开口剪力墙

整体小开口剪力墙在分布时，呈现出竖向分布的特点。该部分洞口在整体建筑设计中所占据的比例并不大。

3 影响高层建筑结构选型的因素

除建筑本身的需求对其结构选型有一定影响之外，还有以下几方面影响因素：其一，高层建筑所处区域的环境条件，主要有场地条件、基本风压等；其二，建筑设计方案特征，主要有建筑高度、建筑形状、建筑的高宽和长宽比例，其中建筑形状可分为平面和三维两种，对于平面形状，主要是由其规则性、对称性、质量以及刚度偏心等要素共同组合而成；对于三维形状，主要是由结构高宽比、立面内收形状、塔楼以及层间刚度等要素共同组合而成[2]；其三，从建筑的使用功能角度来讲，以此进行划分可将高层建筑分为居住、办公、宾馆以及综合楼等几种类型，在高层住宅建筑中，因其具有使用空间相对比较小，分隔性质的墙体数量多，与此同时各楼层之间在平面布置上大体上相同，因此对于这部分的建筑适用于剪力墙结构或者框架剪力墙结构；其四，高层建筑具有施工量大，投资多的特征，如果缩短结构施工周期，能够促使建筑物快速投入实际应用中，以此获取到经营效益；其五，在建筑结构抗灾以及维护方面，在概念阶段做好结构设计具有非常重要的意义，这个阶段设计成果对整个工程经济效益而言具有直接性影响。

4 高层住宅结构剪力墙优化设计

4.1 合理设计剪力墙的位置

在剪力墙结构的设计中，墙体的布置位置和布置方式等对于建筑来说尤为重要，是建筑设计的基础，也是保证建筑工程安全的关键。提升建筑的承载力同时，减少内部修筑墙体的空间，为建筑内部提供更大的结构空间。建筑剪力墙的布置中需要保证合理的间距，剪力墙的分布不能过密，防止出现受力不均的情况。在剪力墙截面设计工作中还需要严格按照从下到上的顺序进行，这种设计方式是出于对剪力墙侧墙体压力的缓解。剪力墙布置设计中需要结合墙体高度要求对厚度进行缩减，并综合考虑混凝土等级。因此对于地震高发的地区，剪力墙设计中必须做好高度的设计，保证剪力墙的承载力和稳定性。

4.2 严格遵循结构选型设计原则

在进行高层建筑结构设计过程中，要遵循一般建筑设计的相关要求，同时满足如下原则：①实际性原则，首先应基于当前的大数据总结当前工程实际情况，然后根据以往的设计经验来制定符合该工程的各项指标，以此从根本上保证整个建筑结构选型设计的实际性；②安全与使用原则，这两项原则是结构设计中的基本原则；③个性化原则，应将整个建筑中的重点部分具有特别之处体现出来，在这个过程中，还要做好对重要环节的管控工作，以此从根本上保证该部分符合工程设计规范标准中的要求；④要基于最佳效益开展相应的设计工作，从施工材料、机械设备、施工工艺等多个角度来进行综合分析，删减不必要的内容。

4.3 注重分析结构受力点

首先，基于剪力墙结构形式特点，设计中必须注意剪力墙结构的延性设计，要采用相应的提高延性的措施，以增强结构抗倒塌的能力。其次，高层建筑轴向结构设计必须对建筑结构承受荷载的基本情况予以明确，高层建筑受竖向荷载和水平荷载的影响较大，而剪力墙能对横向及竖向荷载进行协调和抵抗，即使在高强度的水平荷载作用下也可将其侧移距离保持在合理范围内。

4.4 合理安排平面设计

在剪力墙设计时，首先要进行平面设计。需要注意的是，剪力墙中心位置需要和墙体刚度保持一致，从而在最大程度上有效提升墙体的平衡能力。在设计时，根据主轴方向、多方向内容进行合理化安排。另外，在进行平面设计时，还需要根据目前建筑行业发展的核心要求，选择合适、环保、节能性材料。这样不仅能够在一定程度上有效提升企业经济效益，同时，还进一步推动了建筑行业的健康发展。

4.5 强化剪力墙的延伸处理

建筑剪力墙设计中需要考虑可延伸性的问题，通过科学的方法和手段优化剪力墙的设计结构，保证剪力墙延伸能力符合要求。通过剪力墙结构建设形式的分析可知，剪力墙自身具有延伸性的特点，但是要想保证延伸性作用的发挥，还需要采取有效的手段，提升剪力墙结构的灵活性和使用的耐久性。剪力墙结构设计中，必须对建筑物的承载水平标准和要求进行明确，保证设计的科学性。

4.6 剪力墙厚度设计

剪力墙结构墙厚设计与高层建筑稳定性设计相统一，设计人员要明确剪力墙厚度要求，采用合适的厚度设计，墙厚大于300mm时，则需要在端部中间设置钢筋，并沿墙肢方向设置箍筋，以满足剪力墙稳定性、刚度和强度的要求。另外，为了给后期建筑施工带来便利，在设计墙的厚度时，应以结构层高最小值来选取合适的剪力墙结构厚度；结构厚度确定后要对剪力墙结构支撑点进行明确，如支撑点可以采用剪力墙与剪力墙相交处及剪力墙与楼板交接处等；为了达到高层建筑结构的抗震要求，应以建筑层数及施工材料来加强底层结构设计，若建筑物处于地震频率较大区域，还应加强底部剪力墙结构厚度，以此提高建筑整体结构的抗震性能，达到剪力墙结构的抗震效果。

4.7 着重加强对大墙肢的处理

建筑结构设计时，要充分考虑到其各方面性能对建筑质量产生的影响。剪力墙结构设计时，需要着重考虑到延性的作用。一般来讲，如果建筑结构的结构高度、宽度比在3以下时会达到最高的延性，弯曲能力较强，可提升建筑的荷载能力。如果高宽比在3以上就需要在墙体上开洞形成上文中提到的不同类型剪力墙结构，减少裂缝的出现。当大墙肢的比例在8以上时，要把承载力计算在大墙肢上，但会造成小墙肢承载力增加，产生较大的损害，从而出现裂缝。

4.8 剪力墙水化热

大多数混凝土项目施工所选择的水泥材料为水化热较低的水平，最大限度地降低混凝土凝固期间内外部结构的温差。同时施工人员需要根据剪力墙结构施工的具体情况，对施工方案进行调整，严格控制水泥的凝固时间，最大限度地避免剪力墙施工完成后出现墙体偏移的问题。

4.9 剪力墙结构计算优化

在设计人员对高层建筑剪力墙结构进行设计的过程中，还需要对结构是否合理进行全面检查。保证剪力墙刚度适宜，在符合楼层层间位移和层高比的前提下，将最小剪力系数作为比较，能够保证计算结果符合规范值。同时还需要全面分析剪力墙连梁是否合理、底部轴压比是否符合相关规范。合理选择计算参数十分重要。首先，对周期折减系数进行选择。如果剪力墙结构填充墙体较多，需要选择0.9～1.0范围内参数；反之需要选择1.0。主体结构刚度大，填充墙对主体结构影响较小，反之同理。其次，合理选择振型个数。前提条件为振型参与质量超过总质量的90%。高层建筑地震作用振型数非耦联，n≥9；耦联，n≥15。

5 结束语

综上所述，在实际工程设计中，为了进一步强化剪力墙结构设计，就必须对剪力墙结构设计要点进行综合分析，根据分析论证对结构受力进行计算，以此科学配筋，合理布置剪力墙结构，加强剪力墙连梁设计，从而使结构的稳固性得以提高，达到设计规范的要求，促进我国建筑设计水平的发展。