淺論建筑結構設計中剪力墻結構設計的運用

孫啟剛

平頂山平煤設計院有限公司 河南 平頂山 467000

1 剪力墻結構概述

1.1 剪力墻結構的定義

剪力墻結構一般是指承載多種負荷所造成的橫向力和縱向力過程中，采用鋼筋混凝土板對結構的橫向力予以有效控制。該結構目前在高層和超高層建筑中得到了較為廣泛的應用。

1.2 剪力墻結構的特點

剪力墻也被人們稱為擋風抗震墻和結構墻，所以剪力墻主要是承擔建筑結構當中的多種負荷，此外其也是建筑結構中起支撐作用的一個重要的組成部分。剪力墻能夠承擔縱向荷載與橫向荷載，與墻體和樓板能夠構成一個相對較為完整的結構體系。但是這一結構體系無法拆除，所以靈活性較差。從當前的建筑設計工作中我們也可以清晰地看到，剪力墻結構需要消耗大量的施工材料，同時在施工中還增加了成本投入，施工難度相對也比較大，很多建筑單位在工程建設和施工的過程中都不是十分推崇這種結構形式。所以設計人員在剪力墻結構設計的過程中必須要充分地總結和歸納剪力墻結構自身的優勢和不足，從而更好地找到技術的突破口。

1.3 剪力墻結構設計原則

在建筑結構設計中，剪力墻結構應用越來越廣，在高層建筑結構中的應用則更為廣泛。剪力墻主要是承受建筑結構當中的風荷載和水平荷載，所以剪力墻在建筑結構當中也是一個重要的支撐結構。剪力墻在抗風和抗荷載方面具有非常顯著的優勢。比如在地震發生時，剪力墻可以吸收地震釋放出來的能量，同時還能很好地避免墻體結構由于地震作用的影響而產生非常嚴重的損壞。而在這一原理的指導下，設計者在設計工作中一定要科學控制剪力墻的寬高比。剪力墻自身的高度和寬度均較大，但卻比較薄，墻體有著比較明顯的幾何形態，所以主要為柱狀結構。但是墻體受力狀態和柱體的受力狀態還存在著較為明顯的差別。如果在合理范圍內，則可按照柱體的結構數據完成設計工作。剪力墻結構設計的過程中普遍為平面結構，當需要承擔較大的水平應力和彎矩力時，通常是沿平面發揮其作用。此外，結構自身還需要承受縱向應力。因此在設計過程中一方面要保證其彈性滿足設計的要求，同時非彈性和延性也應充分滿足設計的需要。在剪力墻設計過程中，設計人員一定要綜合各項因素進行全面分析，對重力和延展力進行科學的計算。在計算剪力墻承載力以及對其進行綜合分析時，取值的科學性十分重要。應分析計算出帶翼墻的寬度和門窗以及洞口之間的翼緣距離和剪力墻之間寬度的最小數值，一般而言，該數值為墻肢的十分之一[1]。

2 剪力墻設計要點分析

剪力墻結構設計的過程中需要涉及很多方面的內容，如設計的方法、整體的布局以及強度的控制等諸多方面都會影響到剪力墻結構最終的設計質量及設計效果。因此我們必須要在設計中充分了解并掌握剪力墻結構設計的要點內容，保證設計的質量。

2.1 合理選擇剪力墻設計方法

在建筑結構設計中，若要更好地確保剪力墻結構自身的安全性與穩定性，不斷提高建筑結構的質量與水平，設計人員在日常工作中一定要選擇合理的剪力墻設計方法，保證施工方案的科學性以及有效性，確保設計人員在技術強度和穩定性上都能得到有效的提升。因為受彎狀態下的剪力墻本身延展性較好，所以設計人員應將剪力墻設定為寬細狀，進而使建筑工程更為安全和穩定。此外，設計人員還應根據結構物的具體情況在計算機上進行精準計算。此外，還要積極參照過往剪力墻設計工作中的實際經驗，進而能夠更好地為日后的剪力墻設計工作服務。在保證建筑工程建設順利進行的同時，也能更好地保證剪力墻設計工作的改進與完善。

2.2 提高布局合理性

設計者在剪力墻水平結構布置工作中一定要最大限度地選擇對稱的設計方式，進而能夠更好地保證剪力墻平面設計的質量與效果。這種布置形式一方面可以有效保證剪力墻自身的抗震效果，同時還可避免剪力墻設計中的扭矩問題。為了保證剪力墻設計以對稱的形式來布置，設計人員需要將剛度中心與重量中心設計在同一個位置。為了更好地保證剪力墻自身的抗震性，設計熱暖還應根據實際情況減少剪力墻的種類。而在設計工作中必須要注意的一點是，設計者需要觀察剪力墻側向的剛度是否能夠滿足結構設計的整體要求，其也成為確保建立墻結構自身抗震性能的一個關鍵要素。

2.3 科學控制剪力墻的延展性

剪力墻結構設計工作中，其延展性是一個非常關鍵的內容。在建筑設計的過程中，采取科學措施對剪力墻的延展性進行處理是必須要做到的一個工作。一般而言，剪力墻結構本身就具備了良好的延展性，所以在設計工作中，必須要確保其本身具有非常強的延展性，只有這樣，才能確保剪力墻自身的整體性與耐久性。設計者在調整剪力墻結構延展性的過程中，為了更為有效地防止剪力墻結構受到不必要的損害，在實際的工作中一定要確保剪力墻結構的承載作用能夠滿足設計和施工的基本需要。在設計工作中還可以借助對稱設計方式和連貫式的設計方式，更好地保證剪力墻的承載力，進而更好地保證剪力墻結構的設計效果。

2.4 保證剪力墻強度及性能

剪力墻設計工作中，必須要對其強度和性能予以高度重視。建筑設計的相關規范中已經說明，在建筑設計和施工時，要采取有效措施保證剪力墻豎向和水平方向分布筋的配筋率，所有建筑的配筋率至少為0.25%，從而使建筑的抗震性能得以顯著提升。設計工作中，有關人員還應嚴格按照設計的基本要求及相關標準對構造邊緣以及邊緣位置的剪力墻結構進行嚴格控制。這種處理方式一方面可以更好地保證剪力墻的強度，同時還能優化剪力墻的性能。剪力墻的抗震能力在這一過程中也得到了十分顯著的提升，所以對提高工程設計的質量也起到了非常積極的作用[2]。

3 工程案例分析

3.1 工程案例概述

某高層建筑是民商兩用的建筑，共為23層。其中，地下共1層，地上1～5層為商業廣場，其他部分為住宅區，建筑的總建筑面積為32133m2，抗震設計防烈度為7級。建筑的內部一共有2個單元，采用350mm的分隔縫將其分開，本文主要以1單元的剪力墻結構布置進行分析和探討。如圖1：

圖1 剪力墻結構布置示意圖

3.2 剪力墻布置分析

在剪力墻結構設計工作中，必須要確保結構的豎向和水平承載力要求，剪力墻應在隔墻的位置上，同時還要最大程度減少邊緣構件的數量。根據建筑結構設計的規定與要求，剪力墻截面的厚度一定要滿足設計的規定，要能夠充分發揮自身的結構性能。該工程商業廣場部分的核心筒樓梯處為剪力墻的位置，其厚度為150mm、240mm、300mm，其余的位置為400mm，住宅區剪力墻的厚度為200mm。

3.3 梁板布置分析

高層建筑中，梁板的跨度相對比較小（經特殊工藝處理之后的樓板除外）。樓板布置中通常是配筋和梁的布置，同時還要具備十分明確的傳力路徑，進而可以更好地保證傳力效果。該工程部分剪力墻所采用的是C50混凝土，而5～10層采用的是C45混凝土，11～18層采用的是C40混凝土，其余的樓層采用的是C35混凝土。梁板在商用的部分采用的是C40混凝土，而民用的部分采用的是C35混凝土。

4 結束語

現階段，在建筑結構設計中，剪力墻結構得到了較為廣泛的應用，同時剪力墻結構對整個建筑的穩定性都有著十分顯著的影響。因此，在剪力墻結構設計工作中，我們必須要對每一個細節加以控制，只有這樣，才能更好地發揮其積極的作用與價值，不斷完善剪力墻結構的設計工作，也能對其在更廣的范圍內加以應用起到非常積極的推動作用。