曾超波
中煤科工集团武汉设计研究院有限公司 湖北 武汉 430000
摘要：随着我国城市化进程的不断推进，建筑需求不断增大，同时也使得我国建筑行业快速发展。但随着我国经济水平的不断提升，人们对于建筑工程的质量要求也越来越高。为了满足人们对建筑物抗震强度的要求，在建筑结构设计中通常会将剪力墙结构设计融入其中。本文首先阐述了剪力墙结构设计的原则，然后分析了在实际运用中剪力墙结构设计的主要难点，最后提出了一些相应的解决办法。
关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；难点；解决办法
前言：在建筑结构抗震设计中，剪力墙的应用在结构设计中效果更为明显、更突出。剪力墙是一种主要承受地震作用引起水平荷载的墙体，具有刚度大，整体性能好以及用钢量省等优点，因此，在建筑结构设计中剪力墙结构设计时要充分考虑剪力墙的优缺点，根据建筑结构设计的实际情况，做好剪力墙结构设计工作，提高剪力墙结构的应用效果，促进建筑业的长期稳定发展。
一、建筑结构设计中剪力墙结构设计的主要难点
1、成本控制难度较大
剪力墙结构的广泛使用让建筑的最大使用高度提高的同时，还能提升建筑结构的安全性。但是，由于剪力墙的施工较为复杂，且混凝土及钢筋的用量较大，因此相较于框架结构，剪力墙结构成本较高，但是我们在材料选用的时候也一定要严格把关，一定不能为了节省造价而选择不合格的混凝土及钢材。因为如果选用的建筑材料不合格，就会影响建筑物抗震性能，更甚者还会影响建筑的安全。综上可知在设计过程中应合理的控制成本在满足设计要求及施工安全要求的前提下进行剪力墙的优化，达到安全经济的目的。
2、剪力墙的抗震等级确定及构造要求较为复杂
剪力墙结构对于墙肢的高度和宽度等要求较高，如果在进行剪力墙结构设计时相关处理操作不规范，容易导致剪力墙布置不满足规范要求（例如在规定水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾复力矩大于结构底部总地震倾复力矩的50%）。在框架剪力墙结构中，在相应的水平力作用下，结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值不尽相同，结构性能也有较大的差别。在结构设计的时候，应依据倾覆力矩的比值确定该结构相应的适用高度和构造等，确定倾覆力矩比值，应按框架和剪力墙组成的结构进行实际输入和计算，并根据计算所得的框架和剪力墙的实际倾覆力矩比例，来确定框架部分和剪力墙部分各自的抗震等级。
二、剪力墙结构设计中难点的解决办法
1、剪力墙结构的合理布置
剪力墙在平面上的布置应该具有规则、简单的特点，并且应该沿着主轴方向或者其他方向进行双向布置，而且两个方向上剪力墙的侧向刚度差距不宜过大。在进行剪力墙抗震设计时，不要仅在单向布置剪力墙。因为剪力墙的布置会对其自身结构的抗侧刚度产生较大的影响。在进行剪力墙布置时，要尽可能的满足周边均匀布置的原则，并且运用相关的设计软件，对剪力墙的结构、受力特点进行有效地分析和计算。例如设计填充墙时，要尽可能满足相应结构设计的要求，适当增加圈梁以及构造柱，确保地震发生时人员能够安全的逃脱。还要尽可能采用电梯井、山墙以及楼梯井作为剪力墙。在剪力墙的竖向布置中，要采取措施避免同时改变材料强度和截面，避免墙体刚度发生突变。
2、剪力墙连梁的优化设计
剪力墙连梁作为连接墙肢之间的重要结构，其如果产生超筋和较大变形，对于整个建筑工程的整体质量控制效果会产生很大的影响。在剪力墙结构设计的过程中，要对于剪力墙连梁的高度进行适当的调整，结合工程的实际情况，科学地设计整体高度，避免由于尺寸问题所造成的连梁变形过大及超筋。针对于剪力墙的结构塑性标准要进行严格的控制，并通过适当的调整来优化抗震设计。通过对荷载进行科学的分析，在可控制的范围内结合不同的受力情况进行相应的计算，从而选择更加科学的实施对策。
针对于超筋与变形较大的问题，可通过设置双连梁进行调整，且在规范规定的范围内允许一部分连梁出现少许裂缝。
3、注重剪力墙的厚度设计
剪力墙的厚度与其所处的位置及抗震等级等因素有关，设计时应结合实际情况，按照相关的国家规范规定来确定剪力墙的最小厚度。例如一、二级：短肢剪力墙，底部加强部位的厚度通常要求不小200mm，除底部加强部位以外的其他部分不应小于 180mm；一字型独立剪力墙底部加强部位厚度不应小于220mm，其他部位不应小于180mm。三、四级：剪力墙厚度不应小于160mm，一字型独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180mm。剪力墙井筒中分割电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm。大部分结构中的剪力墙配筋均是按照构造配置，因此在这种情况下，剪力墙厚度直接影响工程中的钢筋用钢量，故综合考虑控制剪力墙厚度，在满足受力要求的前提下尽可能的将剪力墙做薄，不仅可以节省混凝土用量，同时也可以大幅度减少钢筋用量，从而使设计更加合理经济，在确保施工质量的前提下，减少施工成本，提高施工建设的经济效益。
4、有效控制剪力墙内的配筋率
在剪力墙结构中，墙体的配筋主要分为边缘构件的配筋及边缘构件之间的墙体部分的配筋。剪力墙竖向和水平向的分布钢筋的配筋率应满足以下要求：一、二、三级时均不应小于0.25%，四级时均不应小于0.2%。剪力墙竖向和水平向分布筋的间距均不宜大于300mm，直径不应小于8mm，剪力墙竖向和水平向分布筋的最大直径不应大于墙厚的1/10。边缘构建的配筋率主要分为约束边缘构件及构造边缘构件，约束边缘构件的配筋率较构造边缘构件的配筋率较大；构造边缘构件的配筋率又分为底部加强区部分的构造边缘构件及非底部加强区部分的构造边缘构件，且底部加强区部分的配筋率大于非底部加强区部分的配筋率，因此严格区分边缘构件的类型及部位对控制剪力墙的配筋率有较大影响。因此设计人员在设计时不应随意的改变边缘构件的类型，特别是当剪力墙抗震等级为四级时，不论是底部加强部位还是非底部加强部位均应按照构造边缘构件设计，不可人为将底部加强区的构造边缘构件提高为约束边缘构件。故综合考虑，严格控制剪力墙的配筋率，对降低工程造价提高项目投资的的经济效益至关重要。
5、剪力墙结构设计的其他应用
在建筑施工过程中，为了保证结构的整体安全及质量，应该综合考虑多种因素，实现剪力墙结构的优化设计。首先，必须保证剪力墙的施工质量，这是剪力墙结构中墙体发挥作用的关键前提。其次，要充分考虑剪力墙结构的安全性问题。我们知道，剪力墙结构中墙体本身就是为了增强建筑的抗震性能，保证房屋及建筑物的安全施工。反过来，在剪力墙结构的设计中，保证剪力墙结构的安全可靠度，也能够使剪力墙结构的功能得到最大化程度的发挥，同样能够达到经济合理的设计目的。最后，还应该考虑剪力墙结构的工程造价问题。为了节省工程造价，我们可以从技术手段以及原材料的使用等方面着手。例如，在剪力墙结构的设计过程中，将原材料的含钢量控制在一定的范围之内，力求达到在不损害建筑安全性的前提之下充分发挥材料的最大用途，就能实现剪力墙结构的优化设计。
三、结束语
综上所述，剪力墙结构的合理设计和布置对于建筑结构的整体抗震性能及整个工程的造价而言相当重要，它的直接关系到整个建筑物结构的安全性及整个项目投资的经济性。因此，建筑结构设计人员一定要严格遵循其设计原则，并结合其建筑的主要特点和设计要求，充分考虑其安全性与工程造价两方面的因素对剪力墙结构进行合理的分析设计，使得剪力墙结构发挥其应有的效果和作用，进而确保建筑的整体质量和综合经济效益。
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