深圳市建筑科学研究院股份有限公司广东深圳518049
摘要：近些年来，随着我国建筑结构设计水平的提升，在建筑结构设计过程中，剪力墙结构因其独特的应用优势而得到了广泛的应用。在建筑结构设计中科学、合理的运用剪力墙结构，不仅能够提高建筑施工质量，而且能够确保建筑施工企业的经济效益，并为人们提供一个优质的建筑环境。基于此，本文将着重分析探讨建筑结构设计中剪力墙结构的应用和优化设计，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。
关键词：建筑结构；剪力墙结构；设计；措施
1、建筑结构设计中剪力墙结构基本概念及分类
1.1、基本概念
剪力墙的几何特征类似于板和受力形态类似于柱子。剪力墙具有大尺寸的高和宽，其厚度尺寸却很小，在数据上又与传统的板子、柱子有差别。剪力墙是一个平面结构，承载着其平面作用下和垂直向下的双重压力。要能对抗地震对建筑的作用和风的横向作用剪力墙不仅要满足刚度和强度，还必须满足一定的延展性以应对反复循环下弹力变形保证即使结构断裂却整体不倒的目的。
1.2、分类及依据
（1）截面剪力墙。是指墙体不开洞或者开洞的面积不超过墙体的15%。从整体上来说这种剪力墙像悬壁墙，弯矩图上既不发生突变，也不会存在反弯点，其在受力后的变形主要呈现为弯曲型；（2）有壁式框架的剪力墙。这是一种洞口尺寸很大的剪力墙，它的整个受力特点与框架结构相似。在很多高楼层建筑中会出现反弯点，楼层的弯矩图也会发生突变；（3）双肢或多肢剪力墙。此类型的特点是尺寸大、洞口成列分布的开口型剪力墙。（4）小开口剪力墙。这种类型开口普遍较小的剪力墙，开洞面积却比较大，大部分在15%以上。其在弯矩图的中心位置可能会发生突变。在受力后剪力墙以弯曲型为主要的变形方式，并且在整个墙肢上几乎没有反弯点。
2、建筑结构设计中剪力墙结构设计原则
剪力墙结构设计应遵循的原则包括:（1）对墙体的受力情况进行深入分析。墙体属于平面构件，其承受的压力，不仅有水平方向的剪力与弯矩力，还有竖向压力。因此，在剪力墙结构设计时，要依据建筑物自身受力状况予以充分考虑，以保证墙体质量；（2）避免平面外的搭接。一般来说，剪力墙在同一平面中的刚度、承载力较大，而在平面之外的刚度、承载力则较小。若是平面外梁体跟剪力墙结构连接，就会导致墙肢平面外的弯矩力产生。在此时，如果没有对墙体的受力状况进行计算，就会导致结构稳定性受到威胁，并留下安全隐患。所以，在设计过程中，要避免发生平面外连接。若确实需要该种结构，也要严格按照施工标准，进行加固处理，以保证剪力墙平面外结构安全；（3）注意超限的调整。超限调整主要针对于剪力墙结构的连梁，其连梁跨高比应超过2.5，以防出现剪力超标或弯矩现象；而针对于跨高比大于等于5的结构，应严格依据框架梁标准予以设计，不可任意对刚度予以折减；对于跨高比在5－6内的连梁，要适度对其刚度予以折减，避免出现弯矩、剪力超限现象。这种超限调整，不仅能够节约施工成本，而且能够保证施工质量，让施工企业获得更好利润。
3、建筑结构设计中剪力墙结构优化设计
3.1、剪力墙结构的布置
应沿建筑物的主要轴线双向布置，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。门窗洞口上下各层对齐。剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。较长的剪力墙宜开设洞口。高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙尽可能设置翼缘。高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。
3.2、各项指标的确定
在进行剪力墙设计时，应通过结构分析，在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度时，同时考虑不同抗震等级轴压比的影响及稳定性和相关构造要求。对于普通的住宅建筑在7度和8度地区，墙厚大多数情况下是按稳定和构造要求所控制的。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条和8.2.2条确定的剪力墙允许高厚比见表1。
当不能满足表1的时候，应按《高规》附录D计算墙体的稳定，从大量工程实例看，按《高规》附录D计算的墙厚比表1小的多。
3.3、剪力墙结构的计算和配筋
对剪力墙的墙身进行计算时，需要明确其建筑用量，对抗弯承载力进行相关的验算。对于抗震等级为一级、二级、三级的剪力墙有着不同的设计要求，但是都需要竖向配筋率和水平配筋率不能低于0.25%。在四级抗震的设计中，要求配筋率不能低于0.2%。对剪力墙的竖向钢筋和水平钢筋的距离也有要求，间距不宜大于300mm，直径不应小于8毫米且不宜大于墙厚的1/10，竖向钢筋直径不宜小于10mm，墙体和连梁的协调工作的进行是需要以剪力墙自身具备的强度为基础的。一般情况下，连梁的作用就是提高剪力墙的刚度，并且能够连接墙肢。所以，在计算的过程中，有必要对连梁的高度进行相应折减，折减值不能小于0.5。如果折减之后，建筑结构的承载能力不足，就需要降低建筑物整体的刚度，并且将连梁的高度降低，这样才能有效的抵抗地震。
3.4、连梁超筋的处理
（1）对连梁刚度进行折减。连梁一般具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下，连梁的内力往往很大。因此在内力计算中一般对连梁进行刚度折减（折减系数不宜小于0.5），但是进行位移计算时一般不做折减；（2）增加连梁跨度并减少梁高。连梁刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况。这时可以增加洞口的宽度，以降低连梁刚度。降低了连梁刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限；（3）增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力随着宽度的增加而增加。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是要小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限；（4）跨高比较小的高连梁，可设水平缝形成双连梁、多连梁或采取其他加强受剪承载力的构造。上述各种措施中，在能满足整体刚度的情况下，可先采用刚度折减，如仍超限可采用其他各种措施。
3.5、约束边缘构件的处理
无约束边缘构件和有约束边缘构件的剪力墙承载能力有很大差别。通常情况下，有约束边缘构件的剪力墙承载力更高。所以，在进行剪力墙结构设计的时候，应根据剪力墙的轴压比选择最为适用的边缘构件。建筑剪力墙的边缘构件包括构造边缘构件和约束边缘构件两种。这两种构件各有其适用范围，当底层墙肢底截面的轴压比大于规范规定的标准时，应在底部加强部位及相邻的上一层采用约束边缘构件，在以上的其他部位可设置构造边缘构件。
3.6、大墙肢的处理措施
在建筑工程施工中，剪力墙结构宽与高之比一般要求大于2，否则，剪力墙容易受破坏。而当剪力墙过长，则需要对墙体分段以减短其承压长度，不易发生弯曲。另外，可采用开洞施工的方法，将大墙肢通过洞口分为若干小墙肢，待主体结构完工后，进行二次结构填充。
总而言之，在多元化发展的现代，高层建筑的功能及其用途越来越广泛，高层建筑的受力结构形式是设计高层建筑时必须要考虑的问题，对建筑的空间形态起到支撑作用的关键所在就是剪力墙。剪力墙具有在高层建筑中结构强度大、抗震性强、整体好等特点，得到了大众的普遍欢迎，在设计建筑结构中被广泛应用，也要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。
参考文献
[1]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材，2011，04:36-37+39.
[2]陈威宇.建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计[J].科技创新与应用，2014，21:232.
[3]许晓冬.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].黑龙江科技信息，2014，23:251.
[4]刘强.浅析建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计[J].江西建材，2014，19:44+48.
[5]王小引.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析[J].门窗，2015，03:116+118.