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新疆西域建筑勘察设计研究院(有限公司）和田分院 新疆和田848000
摘要：剪力墙是一种相对特殊的结构体系，在高层民用建筑中的应用非常多，良好的剪力墙结构设计，不仅可以有效发挥剪力墙结构的抗震性、安全性优势，更可以提升整体结构的科学性。因此，当下随着高层民用建筑项目数量的增多、规模的扩大，剪力墙结构设计已然成为了结构设计中需关注的重点内容，但部分工程企业在剪力墙结构设计方面存在很多的不足，难以发挥剪力墙结构优势。各个工程企业在结构设计时，都应该从结构性能的优化角度出发，加强剪力墙结构的细节优化。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计
剪力墙是建筑结构体系中的关键组成部分，通过该类结构的应用能够起到保安全、提品质的效果。为充分发挥剪力墙结构的应用优势，需要切实做好前期的设计工作，以正确的设计理念为指导，精准把控设计要点，合理选择剪力墙的结构形式并展开可行性论证，制订完善可行的剪力墙结构设计方案，在此基础上保证工程项目结构的合理性。
1剪力墙结构的概念
剪力墙结构随着建筑行业的发展应运而生，是基于传统框架式结构的衍生形式，以钢筋混凝土墙体为主，并且逐渐取代了传统的墙板，通过对尺寸的调整（加大厚度、减小宽度和高度）达到提高结构抗压性能的效果，发挥剪力墙结构在建筑体系中的支撑作用，还可以能够维持建筑结构的稳定性。剪力墙结构属于墙面结构，因其具有厚度大的特点，可发挥类似于柱状结构的支撑作用，有利于改善建筑的受力条件，确保其具有足够的稳定性与抗震性。
2剪力墙结构的分类
对高层建筑而言，因为其结构性能的要求相对较高，不同的高层建筑结构设计中，应根据整体的结构特点，确定在剪力墙结构设计是否必须开洞，如果存在开洞的必要，结构设计人员应考虑开洞的大小。根据高层民用建筑中的剪力墙设计和使用情况，一些剪力墙开洞，而一些剪力墙不开洞，且开洞的剪力墙结构中，洞的大小也存在着明显的区别。因此，在高层民用建筑剪力墙结构设计中，开洞与否、开洞大小可以作为划分基准，建筑结构中大多包含了实体墙、整体小开口剪力墙、多肢剪力墙、壁墙框架。对实体墙而言，其属于不开洞剪力墙，当然，在一些建筑结构中应用时，实体墙剪力墙的开洞非常小，整个结构体系中没有任何的受力突变和反弯点。整体小开口剪力墙比较特殊，同样属于小开洞结构，墙弯矩存在明显突变，在高度上没有反弯点分布，但局部存在反弯点。多肢剪力墙为大开洞结构。
3高层民用建筑剪力墙结构的设计及优化
3.1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。
3.2转角窗剪力墙的设计优化措施
转角窗剪力墙的优化可以采取以下措施：（1）用钢筋固定转角窗的两侧，维持转角结构的稳定性；（2）加大转角窗周边楼板的厚度，以免在转角窗自重过大的情况下影响其抗震性能；（3）加强对转角窗与周边墙体的处理，可以在二者间增设防护结构，并对结构材料进行优化，例如，可适当增加连梁结构内的钢筋，提高连梁的受力性能，以免在后续使用过程中发生转角窗受损扭转、墙体脱落的现象。
3.3连梁的设计优化措施
剪力墙与建筑主体间的连接需依托连梁结构而实现，若连梁局部受到损伤，将难以发挥连接的作用，从而影响剪力墙及建筑主体的稳定性，并严重破坏建筑结构的受力性能。针对该问题，一方面需要以建筑结构特点为出发点，切实提高连梁的强度，确保该结构在与剪力墙连接时能够充分发挥作用；另一方面，适当增加连梁的裕度和韧度，提高连梁的抗压能力，避免在使用期间出现折断问题。
3.4合理处理边缘构件
通常情况下，对高层民用建筑剪力墙结构设计而言，其边缘构件一般包含了构造型和约束型两种，为提高剪力墙结构性能，对于处于下部处理加强位置且抗震性能相对较差的高层民用建筑剪力墙而言，选择构造型边缘构件；而对于加强部位和高层民用建筑与重荷载作用下墙体轴压比平均值超过设计标准的情况而言，更适宜选用约束型边缘构件。对构造边缘构件而言，其在设计时应符合正截面受压或者受拉承载力的计算标准，对于构造边缘构件竖向分布钢筋而言，其最小配筋率、根数、直径都应该与相应的设计标准相一致，在达到计算值、最小配筋率、根数、直径等的标准下，其中的多余钢筋可选用小直径钢筋，但不应小于剪力墙竖向分布钢筋的强度等级和直径。此外，构造边缘构件的强度、延性都应该比墙体要高，虽然相应的设计标准中没有明确规定边缘构件纵筋间距的要求，但却可以以相应的框架结构设计规范来实施。
3.5合理设计过渡层
过渡层的设计效果同样与剪力墙结构体系性能之间有着直接的关系，主要是由于高层建筑结构中非常重视结构抗震性这一性能，地震灾害发生的瞬时时间段内，地震作用力将对剪力墙产生巨大的冲击，而当过渡层剪力墙墙体受到部分荷载干扰时，势必面临承载力减小的趋势，对剪力墙结构性能的不利影响非常大。因此，高层民用建筑中的剪力墙结构设计中，应从整体的结构性能着手，对剪力墙的各个细节加以适当调整，使得各个结构参数都符合设计标准。设计人员在充分进行了相应的受力特点分析以后，才能够开展相应的结构计算，通过科学的过渡层布置，来起到地震能量的削弱作用。对于存在过渡层或者转换层的剪力墙结构，如底层框架剪力墙，因为过渡层或者转换层的剪力墙墙体在地震发生的过程中，需提供最大的抗倾覆力和抗剪切力，当处于垂直均匀荷载的情况下，过渡层或者转换层的剪力墙墙体处于拉剪或者压剪应力状态下，一旦存在横向的荷载作用力，在过渡层或者转换层的设计中，应使得其横向承载力、抗裂性能同步减小。
3.6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。
结论
综上所述，剪力墙是建筑结构中的关键组成部分，合理应用该结构有助于提高建筑的质量，从而维持建筑的稳定性，改善人居环境。但剪力墙结构设计是一项系统性的工作，同时具有较高的精细化水平，因此，需要在科学设计理念的引导下展开设计。
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