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摘要：剪力墙结构是装配式建筑的主要结构形式，兼具结构灵活和绿色节能的双重特性。但由于我国现阶段的装配式建筑尚处于初级发展阶段，不同地区对于装配式建筑的要求和限制各异、设计标准不一，造成预制构件规格过多，且与现浇施工作业存在诸多交叉干扰。再加上剪力墙节点构造复杂、连接方式各异，影响了施工效率和成本。因此，如何通过合理的设计来解决高层装配式剪力墙结构建筑设计及施工问题将是本文研究和探讨的重点。
关键词：装配式住宅建筑；剪力墙；结构设计
引言：相对于传统住宅建造模式来说，装配式剪力墙住宅具有施工速度快和绿色环保等优点，该体系的构件生产更为简便、规格基本一致，且装配率相对较高，这也成为我国未来建筑体系发展的主流方向。而住宅作为建筑行业中的一个重要组成部分，其对于剪力墙结构设计的经济合理性、安全适用性、技术先进性的要求也更高。因此，对装配式住宅建筑剪力墙结构设计要点进行探究就显得十分必要。
1、剪力墙结构设计原理及原则
1.1设计原理
装配式剪力墙结构是目前最为成熟和应用最为广泛的装配式结构体系，也是多高层住宅的首选结构体系，其主要由剪力墙、梁、板全部由预制混凝土构件（预制墙板、叠合梁板等）在施工现场拼装装配而得以实现。装配式剪力墙结构与现浇混凝土结构整体计算分析在剪力墙设计过程主要分为概念设计、方案设计、初步设计、施工图设计、构件加工图设计、预制构件设计、构造节点设计等七个主要方面，且应用高强高性能的材料保证结构的整体性、耐久性。其中，概念设计和预制构件之间的连接节点设计是剪力墙结构设计的重点，设计人需结合住宅具体情况对其剪力墙结构进行合理设计。
相对于现浇混凝土剪力墙结构，装配式剪力墙结构除对结构整体的刚度、稳定、承载力进行计算指标控制外，更要提高结构的抗倾覆能力，保证结构底部在侧向力作用下不出现拉应力，从而避免墙板水平接缝在受剪同时承受拉应力而发生破坏。
1.2设计原则
从设计实践来说，若想保障建筑剪力墙结构的性能，除了要遵循标准化、模数化、少规格、多组合的设计原则之外，还要做好以下原则的把控：
楼层层高和层间最大位移比。以地震作用为背景设计，建筑楼层的最大弹性层间位移值的规定以及规范，除了以弯曲变形为把控要点的高层建筑之外，其他类型的建筑计算，按照要求可以不扣除建筑结构弯曲变形，进行扭转变形的计算。高层建筑结构的计算，对于剪力墙结构的设计，多围绕楼层之间的扭转变形以及剪切变形进行计算。其中，对于剪切变形的控制，要根据竖向构件数量来确定，不过竖向构件比较多，则会造成结构扭转变形，因此设计时要合理减小扭转变形。
楼层最小剪力系数。建筑剪力墙结构设计，对于承受地震倾覆力矩值的计算，要按照相关规定，达到规定系数范围的同时，最大程度上减少剪力墙的设置，实现对楼层最小剪力系数的控制。
连梁超限。建筑剪力墙结构设计，对于连梁跨高，通常比值要超过2.5；若没有超过2.5，极易使得墙体弯矩以及剪力值达不到标准。
2、装配式住宅建筑剪力墙结构设计内容
2.1预制墙体连接节点设计
根据我国《装配式混凝土结构技术规程》之中的相关规定，对装配整体式混凝土结构进行结构分析的时候，可以采用与现浇混凝土结构的结构分析一样的方法，而这一概念是建立在两者整体性能相类似的基础上的。对于装配式剪力墙住宅结构来说，如果其高宽比、高度以及规则性满足相关行业标准的规范要求，考虑装配式剪力墙住宅结构受到的水平荷载作用以及竖向荷载作用的影响，在此基础上，假设装配式剪力墙住宅结构、构件具备弹性状态。基于此，就可以按照弹性方法来对装配式剪力墙住宅结构的变形和内力进行计算。较为常用的有2种计算模型：
全现浇模型。现浇混凝土结构的常用计算模型。该计算模型所针对的是预制墙板聚苯板填充处不开洞的情况，主要作用是对结构整体性能进行评估。与实际情况相比，结构整体模型的刚度较大，但其承受地震作用力也较大，如果墙板具有能够满足标准要求的抗剪承载力，那么就可以判断，预制墙板水平的连接安全；
扣除开洞预制墙板刚度模型。其所对应的情况是，预制墙板聚苯板填充处全开洞，且窗下墙部分可以不连接组合连梁。如果将此部分墙体刚度扣除，就会导致结构刚度在一定程度上下降，这样的情况下，地震力也会相应的有所减小，这就可以适当放大抗侧力构件在水平力作用下的内力，从而能够将地震作用放大10%～20%。
对于装配式剪力墙住宅结构来说，如果其结构装配方案、高宽比、高度、以及规则性超出了我国相关行业标准的规范要求，那么必须采用2种以上力学模型的结构分析软件来对装配式剪力墙住宅结构的变形和内力进行整体计算，与此同时，进行补充计算的时候也可以应用弹性时程分析。
如果预制墙板满足我国相关行业标准的规范要求，且其连接构造也满足规定的要求，其竖向连接符合等强连接。这样的情况下，对预制墙板的竖向接缝，就可以不验算其受剪承载力，具有典型代表意义的竖向接缝连接节点主要有一字型节点、T型节点以及L型节点。
对于预制墙板顶面来说，通过套筒灌浆料、现浇圈梁以及水平现浇带，从而实现了混凝土连续。与此同时，通过采取合适的连接方式，结构竖向钢筋就能够实现连续。这样的基础上，现浇结构的混凝土以及预制墙板之间的结合面，应当采用的处理方式是抗剪键槽+粗糙面或者是粗糙面。
2.2预制内墙板设计
针对预制非承重内墙板的设计，若无特殊情况，均可采取轻质的隔墙板。而针对预制承重内墙板，则其厚度不得低于200mm。不仅如此，在实际的设计过程中，设计者还需结合标准化的设计原则，若其内部可使用聚苯板进行填充，则需对结构开洞给予高度关注。当然，针对墙体的填充，需严格参照聚苯板的填充范围。如此，方能在保证施工质量的同时避免受到现场湿作业的影响。如若建筑本身层数不高，且处于低烈度区，则可采取轻质隔墙板与预制承重内墙板相结合的方式。如此，既能满足预制内墙板的整体性能要求，又符合经济性优化的建设原则。
3、装配式住宅建筑剪力墙结构设计要点
3.1做好参数标准的把握
首先，计算振型数。通常来说，建筑剪力墙结构设计，应计算较多的振型数，要做好质量系数的把握，保证能够超过最初设定的数值，以此保证建筑结构设计方案的合理性。对于振型数的选择，应结合建筑类型确定，例如高层建筑多超过15。
其次，计算墙体竖向分布筋配筋率。一般来说，配筋率大小多以实际配筋率为主，以此减少整体计算结果的偏差。若未按照实际配筋率开展计算，极易造成受弯钢筋数值变化。
最后，确定最小地震剪力系数。从建筑剪力墙结构设计实践来说，结构计算参数的确定，最小地震剪力系数为核心标准，产生的抗震作用，多被用于衡量抗压性和稳定性。通常来说，低烈度区，较高的房屋建筑物底部，其最小地震剪力系数，通常小于设计要求。
3.2合理布置平面结构
装配式建筑结构中的剪力墙结构设计需要做好平面结构布置，在具体操作中，要坚持整体性原则，做到简单且均匀对称。平面结构布置中，如果建筑结构长度和宽度均较大且具有不规则的特性，需要布置适合的温度伸缩缝，确保结构合理性。比如，在布置中可以按照周围布置原则进行操作，实现增强结构整体抗扭转能力目标，对于结构质量中心来说，要保证结构刚度中心与剪力墙有效重合。这种布置方法可以确保在遇到地震等突发灾害时，扭转力对结构造成的影响能被控制在合理范围之内。
3.3合理布置竖向结构
一般情况下，装配式建筑结构的竖向刚度会受到竖向受力构件多次转换因素的影响。因此，在剪力墙设计时，适当增加剪力墙转换层垂直结构方式，可以确保剪力墙整体稳定性。对于刚度控制来说，要从剪力墙控制转换层的传力模式入手，确保从上至下的传力路径保持一致，以防止出现水平方向上的多级转换模式，避免产生多次转换量问题。选择转换梁上层的墙体位置和中间支柱位置进行空洞设计，可以增强剪力墙的数量承受效果。如果要确保多级转换都稳定，则要选择相同的传力方式。在转换层主题结构内设置竖向抗侧力构件，能确保剪力墙的整体结构与性能，使其达到更加稳定和牢固的设计效果。
3.4做好连梁设计
建筑剪力墙结构设计中，连梁的设计，主要是为了控制由于剪力墙水平力作用，造成的墙肢变形，确保建筑剪力墙整体的安全性，所以有着重要的地位。因此在开展建筑剪力墙结构设计时，需要重视连梁的设计把控，保证连梁设计的科学性和合理性。开展建筑剪力墙结构设计时，对于超筋情况，要采取有效的措施加以解决。具体如下：
其一，调整建筑剪力墙连梁弯矩以及剪力塑性；其二，按照实际情况，来控制连梁界面高度；其三，若连梁被破坏后，如果剪力墙竖向荷载，没有发生很大的变化，则可以不设置连梁，通过优化墙肢配筋的设置，增强整体的性能。
4、装配式住宅建筑剪力墙结构设计实例分析
4.1工程概况
本文以某工业园区的高层住宅为研究对象，该建筑层高为18层，地下含有2层地下室及车库，建筑长、宽、高分别为61.58m、14.65m、52.50m，该建筑整体呈现大底盘超长结构特征，地上分缝、地下不分缝，呈现多塔结构特点，预制构件分布范围为2-18F，主要构件包含预制梁板、预制楼梯、预制阳台、预制叠合板，预制率为35.2%。
4.2剪力墙结构设计方案
4.2.1结构体系选择
所选高层采用装配整装式框架—剪力墙结构体系，其结构钢筋选用HPB300、HRB400型号，1-2F底部加强区均采用现浇混凝土，地下室底板、顶板、柱、承台、外墙混凝土强度等为C35，基础垫层混凝土强度等级为C15，选用Q235B、Q345B的钢材；结构楼板采用预制+现浇，厚度为60～80mm；外墙均采用预制夹心保温墙板，墙体总厚度为300mm，分别以60mm、400厚的混凝土保护层复合XPS板保温板，并与200mm厚现浇剪力墙外墙叠合建造夹心保温叠合外墙，部分剪力墙内墙采用预制工艺，墙板厚度为200mm，单排螺栓居中进行剪力墙墙板水平缝处上下连接。地下室楼板与层面层楼板采用混凝土现浇楼板，顶板、地下2层与层面层板厚取120mm，中间楼层采用预制叠合楼板，1-17F楼板板厚为130mm，结构楼梯均为预制楼梯。
4.2.2现浇剪力墙布置
因所选高层为住宅用，在剪力墙平面布置时应力求对称性，以免产生凹凸不平或楼板断连问题，且因所选的高层装配式建筑以地下室为整体，而地上建筑分三塔，为多塔结构且有150mm的塔间缝宽，为此，地下室外围墙布置300mm厚、250mm厚钢筋混凝土剪力墙，并在剪力墙施工同时增设扶壁柱于特定部位，以提升剪力墙的刚强度。同时，在高层结构内部强弱电箱、电梯井等部位也设计了剪力墙，以构造剪力墙核心筒，地上建筑部分也布设200mm厚剪力墙，布设方式与地下室相同。
4.2.3装配式剪力墙布置
装配整体式剪力墙结构设计之前需进行构件拆分，应在国家或行业规范要求下，结合结构设计的构造和承载力的要求，对于所选高层进行构件拆分，确定预制梁、柱、板的连接、内部分缝位置，因1-2F为结构底部加强区，剪力墙为整体现浇，而3-18F为预制剪力墙，通常会采用一字型、T型、U型构件，结构设计时应从这3种选择，同时，对于剪力墙存留的洞口应尽量布设在中间位置，构件拆分时亦是如此，并确保洞口上方部分连梁高度在250mm以上，以让装配整体式剪力墙结构平面规则、对称。将1～18层楼板为叠合板形式，预制及现浇部分的界面高度分别为60mm、70mm，且因叠合板钢筋应锚固至支座之内，此时，并以叠合梁方式设计支座的梁。
4.3剪力墙节点连接设计
4.3.1水平接缝连接设计
装配整体式预制剪力墙节点连接多采用钢筋套筒灌浆技术，该技术具备严格的施工要求，且可进行剪力墙的竖向拼接，在施工过程中，依锚固长度的规范要求，在灌浆套筒中插入钢筋，以橡胶环、螺杆等予以固定，以免发生钢筋与套筒错位的问题；同时，应选用C30及以上强度的混凝土设计套筒灌浆连接部位。位于同一拼截面内为全截面受拉，需采用多种连接方式，以增强截面受拉接缝处受拉承载力；预制夹心保温外墙板是防水、保温、围护的外墙构件，其内外混凝土防护层、保温层以连接件连接，且预留拉结筋的预制墙体应锚入现浇墙内，预埋螺栓套管的预制墙体底部可利用长圆孔的角钢与楼板连接，预埋钢筋的预制墙体顶部与后浇梁连接，最后，上下层预制、现浇剪力墙构件水平连接的拼接缝，应预先对下层现浇剪力墙拼缝面进行粗糙面或键槽的处理。
4.3.2竖向接缝连接设计
高层装配整体式剪力墙结构竖向构件的水平节点连接，存在套管灌浆、浆锚搭接、钢筋焊接、预焊钢板焊接等多种方式。在该工程中采用套管灌浆连接方式进行竖向接缝连接，套筒之间的净距应在25mm以上，在预制剪力墙内的竖向钢筋仅需连接部分时或所有均逐根连接时，被连接同侧的钢筋间距应分别在600mm以下、300mm以下，具体如图1、图2所示。其中，图1中1、2各位不连接、连接的竖向分布钢筋，3为连接接头，图2中1为连接的竖向分布钢筋；2为连接接头，且在计算分布钢筋配筋率、剪力墙构件承载力设计时，将无需连接的分布钢筋予以剔除。
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结束语：
总而言之，装配式剪力墙住宅结构正得到越来越多的运用和普及，由于其正处于推广阶段，各地政策也有区别，因此在设计初期，相关工作人员需要充分了解外部的影响因素，做出合理的设计规划。另外相较于现浇剪力墙结构，装配式剪力墙住宅应坚持模数化、标准化原则的同时，还应结合地震、风、温度、防水、保温等各种因素进行考虑，优化剪力墙结构设计中所涉及到的各个环节，以最终确保建筑的安全可靠性和耐久性。
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