摘要：本文首先從分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點及軟件計算方法的選擇入手，分別從剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置、剪力墻構(gòu)件設(shè)計（墻肢、連梁、樓板和轉(zhuǎn)角洞口）分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的事項及一般原則，并在文章最后結(jié)合某建筑住宅實例進一步闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，以確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；一般原則；設(shè)計要點
一、引言
在我國經(jīng)濟大建設(shè)時期，由于資金條件限制，住宅并不以舒適度作為優(yōu)先考慮條件，且多以平房及多層單元房為主。隨著人們生活質(zhì)量和消費觀念的不斷提升，對建筑的環(huán)境綠化、表現(xiàn)形式等方面提出了更高的要求。在總用地面積不變的情況下，怎樣提高建筑物周邊的綠化和人員活動區(qū)域的面積問題越來越突出，這不得不使我們的建筑物進一步向高空發(fā)展，留下更多的地面面積作為綠化區(qū)域和人員活動區(qū)域，為此一些有個性的復(fù)雜建筑市場前景相應(yīng)產(chǎn)生。目前100米高層住宅較為普遍，這類建筑的出現(xiàn)，如采用框架結(jié)構(gòu)，勢必會出現(xiàn)框架柱外露（凸出）和房屋整體舒適度降低的問題，而剪力墻正好能解決這兩個難題。剪力墻結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，合理將剪力墻布置在房間分隔墻內(nèi)不影響房間內(nèi)部布置和使用。且剪力墻結(jié)構(gòu)因具有隔音防火效果好、美觀度高、同時兼顧承重墻與分隔墻等作用，逐漸成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主流結(jié)構(gòu)體系，深受住戶與開發(fā)商的青睞與關(guān)注。
二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點及軟件的選擇
剪力墻結(jié)構(gòu)是一種空間結(jié)構(gòu)體系，主要用于承受以下負荷：一是豎向荷載，主要是指梁板傳遞的恒（活）載、豎向地震作用和剪力墻自身重量等；二是水平荷載，主要包括地震作用和水平風(fēng)荷載等。剪力墻內(nèi)力和變形分析主要考慮到以下兩種情況：一是在極限承載力狀態(tài)下，剪力墻能安全承受重力荷載；二是在正常使用極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)變形在可控范圍內(nèi)，且滿足規(guī)范要求可有效延長建筑結(jié)構(gòu)的使用周期。在不同的空間環(huán)境中建筑的使用功能存在一定差異，剪力墻有時需開設(shè)門窗洞口，根據(jù)這一特性可將剪力墻分為以下幾種類型:①整截面墻。若由于建筑使用功能的要求而無需開設(shè)門窗洞口，或者洞口的總面積低于剪力墻總面積的16%；②整體小開口墻：若剪力墻上開洞的面積較大，且洞口結(jié)構(gòu)是呈豎直方向排列的，同時洞口的總和面積超過剪力墻總面積的16%；③聯(lián)肢墻。若剪力墻在豎向有一些面積較大的洞口，剪力墻的整體性能會呈大幅下降，將這類剪力墻看作一些單肢剪力墻或墻肢由一系列連梁連接起來組成的，這種剪力墻稱為聯(lián)肢墻。如何判斷剪力墻的類型，可通過肢墻系數(shù)ζ、肢墻系數(shù)限值[ζ]和整體參數(shù)α進行判斷：①洞口的面積小于整個墻面立面面積的16%；洞口間的距離及洞口到墻邊的距離均大于洞的邊長。只有同時滿足上述兩個條件，則可判斷該剪力墻為整截面墻；②若ζ≤[ζ]，且α≥10，則可判斷該剪力墻為整體小開口墻；③若ζ≤[ζ]，且α＜10，則可判斷該剪力墻為聯(lián)肢墻。
三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)定
（一）剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置原則。
1、結(jié)構(gòu)平面布置①通常建筑結(jié)構(gòu)的平面體系布置，應(yīng)盡量遵循建筑形狀受到風(fēng)壓較小的原則；②通常剪力墻結(jié)構(gòu)在拐角墻和結(jié)構(gòu)兩端處的受力相對復(fù)雜和敏感，故盡量避免在結(jié)構(gòu)兩端設(shè)置樓梯間；③在工業(yè)化建筑發(fā)展的趨勢下，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的房間持續(xù)不宜過大、構(gòu)件類型不宜過多；④在建筑結(jié)構(gòu)的平面體系布置過程中，要盡量增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度；⑤剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足抗震設(shè)防的基本要求，即在滿足結(jié)構(gòu)平面均勻性、對稱性的基礎(chǔ)上，將結(jié)構(gòu)外形布置的長度控制在合理范圍內(nèi)；針對剪力墻結(jié)構(gòu)承載力、穩(wěn)定性較薄弱的部位應(yīng)強化抗震構(gòu)造設(shè)計。
2、結(jié)構(gòu)豎向布置①結(jié)合相關(guān)抗震設(shè)計規(guī)范，設(shè)置多道抗震防線；②確保結(jié)構(gòu)的承載力和剛度呈均勻分布，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中或塑性變形集中的現(xiàn)象；③在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有必要在除基礎(chǔ)外的上部結(jié)構(gòu)中設(shè)計伸縮縫（當建筑物長度超出規(guī)范要求時），避免建筑物開裂；④墻肢在布置時要雙向布置，確保結(jié)構(gòu)的平面受力能分散在四周；墻肢在豎向布置時，應(yīng)考慮到剛度變化的均勻性，避免扭轉(zhuǎn)；⑤建筑的豎向布置側(cè)向剛度宜從下到上逐漸減小，在對剪力墻結(jié)構(gòu)進行抗震分析時，若結(jié)構(gòu)相鄰上、下層的層高比＞1.5，剛度比應(yīng)≥1.1；當相鄰底層是結(jié)構(gòu)嵌固端時，如高規(guī)指出地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下一層與首層側(cè)向剛度比宜≥2.0。
（二）剪力墻構(gòu)件設(shè)計的原則。
1、墻肢的設(shè)計①在計算水平荷載時，可按照位移協(xié)調(diào)的原則進行分配；②墻肢在平面布置時要雙向布置，常見的布置結(jié)構(gòu)有矩形、T形和L形等；③為了避免剪力墻的彎曲剛度增大，應(yīng)將墻肢長度控制在8m內(nèi)，各墻段的高度與墻段長度之比不宜小于3；④考慮到建筑整體的經(jīng)濟性，應(yīng)嚴格控制墻肢的數(shù)量。
2、連梁的設(shè)計①從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來說，塑性鉸應(yīng)首先出現(xiàn)在連梁上，即滿足“強墻弱連梁”或“強墻弱梁”的設(shè)計理念；②從構(gòu)造設(shè)計的角度來看，連梁或框架梁均應(yīng)滿足抗震要求，二者縱向鋼筋和來梁底鋼筋的錨固長度均要滿足抗震設(shè)計的最小錨固長度；梁截面尺寸、跨高比的間距、鋼筋直徑等要滿足抗震設(shè)計要求；梁上開洞時，洞口的大小、位置及其周邊設(shè)計等要滿足構(gòu)造要求；③可通過設(shè)置水平縫而形成雙連梁、多連梁等，以提高連梁的抗剪承載力；④在確保提高梁截面不會影響到建筑結(jié)構(gòu)抗剪承載力的前提下，設(shè)計人員可適當通過降低連梁的剛度，來達到合理控制剪切力分配比例的目的。常見的控制方法為：在計算采用內(nèi)力配筋的過程中，通過調(diào)整連梁剛度折減系數(shù)來控制剪切力的分配比例。
3、樓板的設(shè)計①若樓板內(nèi)需要設(shè)置管道時，現(xiàn)澆板的最小厚度應(yīng)大于管道外徑的3倍，比如當電線套管直徑為2.5cm時，現(xiàn)澆板的最小厚度至少為10cm；②在彎矩、撓度等驗算過程中，應(yīng)在考慮板的四邊支撐問題的基礎(chǔ)上，增加板的厚度；③設(shè)計樓面面層荷載時，如需考慮后期裝修施工時荷載增加的可能性時，非固定隔墻的自重應(yīng)取不小于1/3的每延米長墻重（kN/m）作為樓面活荷載的附加值（kN/m2）計入,且附加值不小于1.0（kN/m2）。4、轉(zhuǎn)角洞口的設(shè)計①通過在轉(zhuǎn)角陽臺、轉(zhuǎn)角窗的上下樓層處設(shè)置梁或暗梁的措施，來提高結(jié)構(gòu)整體的承載力和傳力性能；②在轉(zhuǎn)角洞口的兩側(cè)設(shè)置剪力墻，應(yīng)盡量選擇整截面墻；③為了保證轉(zhuǎn)角洞口結(jié)構(gòu)的剛度，應(yīng)適當增加其所在樓層的樓板厚度，配筋布置時最好雙層雙向通長布置。
四、實例分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
（一）工程概況。某高層住宅建筑在電梯間、房間和樓梯間邊角運用了異形墻肢；利用SATWE軟件對剪力墻結(jié)構(gòu)進行模擬，在模擬過程中實現(xiàn)了剪力墻單元的細分，以及墻上開洞的自動化處理。
（二）模擬結(jié)果分析。1、自振周期在地震作用計算分析過程中，按現(xiàn)行規(guī)范填寫相關(guān)系數(shù)及計算規(guī)定，計算得出結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比為0.7962（A級高度高層建筑），滿足規(guī)范提出＜0.9的要求。2、結(jié)構(gòu)位移從基于風(fēng)荷載的建筑結(jié)構(gòu)位移情況來看，X、Y向樓層層間最大位移與層高之比分別為1/1219、1/1266；均滿足了剪力墻規(guī)范限值1/1000的要求。X、Y向?qū)娱g最大位移和層均位移比分別為1.15、1.08；均滿足了規(guī)范A級高度高層建筑物限值1.20的要求。從基于地震荷載的建筑結(jié)構(gòu)位移情況來看，X、Y向樓層層間最大位移與層高之比分別為1/1912、1/2705；X、Y向?qū)娱g最大位移和層均位移比分別為1.10、1.12；均滿足了規(guī)范相應(yīng)要求。3、剪重比和剛重比本項目剪重比情況為：X向剪重比最小值為0.81%，Y向剪重比最小值為0.82%，均滿足規(guī)范提出的0.8-1.0%要求。本項目剛重比情況為：剛重比直接影響著重力二階效應(yīng)，且二者間呈負相關(guān)，即重力二階效應(yīng)會隨著剛重比的持續(xù)減小而增強，當重力二階效應(yīng)達到一定程度后會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌的可能性。本方案X向剛重比由之前的9.87減小為5.93，Y向剛重比由之前的9.14減小為5.14，有利于減弱重力二階效應(yīng)。4、經(jīng)濟性混凝土費用和鋼筋費用分別與其體積呈正比關(guān)系，從方案實施的經(jīng)濟來說，該工程所使用的鋼筋為39kg/m2,混凝土量為0.39m3/m2，較不考慮剪力墻之前約節(jié)省不少費用，這樣既為國家節(jié)約了財力物力，又為業(yè)主節(jié)省了開支，從而達到了共贏的目的。
五、結(jié)語
綜合上述分析可知，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到建筑整體的安全性和經(jīng)濟性，故在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有必要對各類型剪力墻的受力情況、剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置原則及其構(gòu)件設(shè)計原則等進行深入了解，從工程實踐入手對設(shè)計方案進行持續(xù)優(yōu)化和調(diào)整，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全及各項性能均能達到預(yù)期設(shè)計目標。
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