潘石 范宇岐
天津市天友建筑设计股份有限公司，天津 300384
摘要：剪力墙结构作为目前建筑工程结构设计中较常使用的形式，具有抗侧刚度大、抗震性好等特征，尤其是对于现阶段的民用建筑来说，剪力墙结构的运用能够确保建筑的稳定性和安全性，提高建筑的实用价值。本文就重点对建筑结构设计中剪力墙结构设计的特点及其优化加以说明，希望可改善建筑结构设计水平，丰富建筑实用性能。
关键词：民用建筑；剪力墙结构；设计特点；优化
1民用建筑剪力墙结构设计特点
由于剪力墙结构的特点，建筑项目实施中，人们越来越倾向于这一结构体系的构建，但在剪力墙结构体系设计时，应使得剪力墙具有较好的抗侧刚度、较小的侧移、良好的吸收性能，只有这样，方可使得剪力墙结构具有极好的结构稳定性和抗震性，能够应对来自内外部的各种结构冲击。对于高层民用建筑而言，为达到总体结构标准，剪力墙结构的高度和厚度都相对偏大，这一结构设计要求使得该结构体系即使处于荷载作用下，也可以发挥剪力墙结构体系的优势，发挥其抗剪切力机械强度能量小的特征。一旦剪力墙结构的应用对象是超出20层的建筑，为保障截面弯矩最为极限承载力的计算科学性和准确性，必须要以全截面抗弯作为计算基础，根据相应的计算经验，在洞口越小的条件下，剪力墙结构的性能越理想，越可以发挥其在建筑结构中的优势。此外，高层民用建筑中的剪力墙结构设计中，通过科学的剪力墙结构设计，可以有效对建筑空间加以科学划分，实现空间资源的合理利用，有效提升了室内框架结构的简洁性和美观性。因为剪力墙结构中各个构件都为混凝土材料制成，使得剪力墙结构的重量大，地震灾害出现时该剪力墙结构也势必由于以自重出现明显的地震反应，再加上抗侧刚度的存在使得地震时的地震反应力加大，因此，为使得剪力墙结构的抗震性得以增强，应从其结构特点出发进行适当的优化。
2民用建筑剪力墙结构设计的优化措施
2.1基础方案及承重构件的设计
剪力墙结构的设计方案应以施工现场的水文地质情况、周边建筑分布情况、工程的建设要求等多种要素为基准综合确认，确保剪力墙结构的设计方案既能满足建设要求，又能与周围环节和谐共生。设计人员应结合建筑施工环境、相关标准的要求等合理规划剪力墙的承重构件，保证建筑主体结构的稳定性合格。应将墙体配筋率作为剪力墙承重构件设计的关注重点，水平和竖直方向的配筋率不应低于0.25%，少数框支剪力墙结构底部加强位置的配筋率应不少于0.3%。在剪力墙结构的设计过程中，设计人员应积极认识基础方案的重要性，重点控制承重构件的设计及优化，结合自身设计经验和工程的各项参数科学确定工艺参数及建设标准，避免因设计不合理为结构带来的安全隐患，完成设计后应多方验证，确保设计方案的科学性和可行性。
2.2剪力墙结构的设计
剪力墙结构需要采用双向设计，使墙体内部形成空间结构，尤其是抗震防御区，在进行双向设计的过程中尽量将来自两个方向的刚度保持一致。剪力墙结构的设计中尽量保持其平面均匀分布，刚度中心接近建筑结构整体的中心，最大化减少扭转效应，若刚度中心与建筑中心的偏离程度较高，可在条件允许的情况下通过调整墙肢长度和连梁的高度对刚度中心位置进行调整。由于剪力墙具有较强的抗侧刚性，结构自振周期较短，承受的水平地震作用较大，可能影响结构的整体性能。为减少水平地震剪力对建筑结构的影响，可通过减少墙体厚度，在主次结构设计中增大墙体间距，减少墙体总数等方式降低结构整体自重，增加结构的抗侧移刚度。剪力墙结构最显著的优势就是具较好的承载能力和平面刚度，但平面外承载力和刚度却相对较弱，若在设计中直接将平面外方向梁与剪力墙相连，可能会使墙肢平面外弯矩增大，为改善此种情况，在楼面截面不大的条件下，可采用半刚接的设计方案调整墙肢平面外弯矩。
2.3大墙肢处理
在进行剪力墙结构的设计过程中，应充分考虑其具有的延伸性，若未能对其进行科学的处理，可能会影响剪力墙结构的稳定性和耐久度。
在保证剪力墙结构满足建筑承载要求的前提下，可采用封层间隔的设计形式将长度较大的剪力墙结构划分成一定数量的独立墙段，提高其稳定性，避免建筑在投入使用后因外力的作用对剪力墙结构整体造成破坏，若想实现该目的可在施工过程中在长度较长的剪力墙结构中适当开孔，即是将长墙肢转化为短墙肢，施工结束后对开设的空洞进行必要的封堵。另外，还可通过调整配筋数量提高长度较小的剪力墙结构的承载能力，可在设计剪力墙结构时适当留洞，以适当调整墙肢的配筋数量。
2.4剪力墙厚度的控制与配筋
一般情况下，剪力墙的高度和宽度数值较大，但厚度较小，受力特点与柱形结构相似，主要存在高厚比的差异性，若高厚比小于4，可借鉴柱的设计方法对剪力墙结构进行时设计；若高厚比约等于4，可借鉴异形柱的设计方法设计双向受压结构。
2.4.1剪力墙结构厚度设计
根据国家的相关规定要求，若建筑工程的抗震等级是一级或二级，则剪力墙底部加强部位的厚度应大于200mm，并且应大于层高的1/16，剪力墙的其他结构厚度不能小于160mm；若剪力墙端头未涉及翼墙，则应大于层高的1/12。但是相关规定并不适用于所有建筑结构，如在设计低高层或多层建筑结构时，若建筑层数在5~15以内，该种情况下的剪力墙肢在重力荷载代表值下，轴压比多小于0.2，若按照规定计算，底部功能要求3.9m层高，墙体厚度至少为240mm。若出现此种情况，设计人员应结合自身设计经验，通过概念设计分析，重新规划墙肢轴压比，验算剪力墙墙体截面的强度，科学设置配筋率，在确保剪力墙综合性能符合建筑要求的情况下，减少墙体厚度。
2.4.2墙体配筋率设计
国家明确规定，在设计抗震等级为一、二、三级的剪力墙结构时，水平和竖直方向的最小配筋率不应小于0.25%，部分框支剪力墙底部加强位置配筋率不应小于0.3%。该要求在长度较大或高度较高的剪力墙结构中应用能显著提高结构的稳定性，但是在低矮剪力墙结构中应用时应反复确认配筋率的科学性。
2.5连梁的设计与优化
连梁主要承担连接墙肢的作用，墙肢会在强大的水平负荷作用下发生弯折现象，进而影响连梁的平直度，破坏墙肢整体结构的稳定性。通过改善墙肢的受力情况能有效规避墙肢的弯折，因此，连梁设计的合理性也会在一定程度上影响剪力墙结构的整体性能。
连梁并不是所有剪力墙中的必要结构，但对设有连梁的剪力墙来说，若设计合理性不足，则势必会对连梁的承载力造成一定的影响，甚至会造成截面与设计不符的情况。所以，在设计连梁的过程中应重点关注以下内容：折减连梁刚度，连梁跨高较低，与其相连的墙肢刚度较大，在产生水平应力时会使连梁承受较大内力作用，进而引发连梁裂缝或破损，所以在设计时应科学折减连梁的刚度，若设防裂度较小，可适当减少折减量，若设防裂度较大可适当增加折减，但应控制折减系数在0.5以上；增加洞口宽度，在降低连梁高度的同时增加洞口宽度，能显著减少连梁刚度，提高结构的抗震性能；结合实际情况增加剪力墙厚度。
3结束语
总之，建筑结构的设计质量，与房屋建筑结构整体的安全性和稳定性具有直接关联。建筑结构设计人员为了能够提升设计的安全性与科学性，在充分应用剪力墙结构进行设计，在保证设计质量的基础上，充分考虑人们对建筑结构设计提出的实际需求，进而为人们设计出更加舒适、美观的建筑空间。
参考文献
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