淺談剪力墻結構設計中的應力強化思路

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引言

現代建筑結構取代了傳統的磚砌混凝土結構，框架剪力結構在結構設計中具有較好的抗震效果，建筑物的完整性和耐久性也更好。剪力墻的出現能夠使得建筑搭建更加貼近現代人的環保舒適的需求理念，在進行建筑施工圖紙繪制時需要合理使用剪力墻結構，使其增加建筑結構的穩定性。本文將分析剪力墻在建筑施工之中的應用效果，希望能為剪力墻的現實應用帶來新的思路。

1 何為剪力墻結構結構

首先，建筑剪力墻的建筑強度非常強，不允許像地下內壁一樣進行個人鉆孔，否則會破壞建筑物的整體結構設計并進一步威脅其穩定性。剪力墻是建筑結構中的重要阻力因素。用梁、薄板、柱子和其他組件構成建筑物的填充墻不是承重組件，而僅用于保持和分隔空間。其次，剪力墻的施工處理與一般墻的處理方法大不相同，剪力墻的內側由混凝土增強筋組合而成，整體結構堅固，補強量和墻體強度有所不同，那是個大問題。通常，低層建筑不需要添加剪力墻，因為它們在施加力時會更穩定，而高層建筑（尤其是頂部）更容易受到風和地震的影響，剪力墻是必不可少的結構[1]。

2 剪力墻結構類型及應用

（1）所使用的剪力墻的類型還取決于其承受的力。剪力墻結構有四種主要類型。①整體式剪力墻：在這種剪力墻中，孔的數量很少或有時沒有孔。要創建開口，需要在墻壁的整個區域內控制開口面積 1/6，還應規定開口的長邊之間的距離，并應注意減小剪力墻的反向彎曲效果。②框架架剪力墻的開口尺寸較大，導致結點面積大，并形成較大的剛性面積。③開口連續設置的匯合壁的剪力墻具有更高的穩定性。④整個帶有小孔的剪力墻在垂直方向上都有孔，分布方面，孔在整個區域中所占的比例仍然很小[2]。

（2）剪力墻開口的形狀和大小不同，應力特性也不同，墻肢截面上的正向應力分布以及根據墻壁高的彎矩定律也不同。設計時，必須首先確定屬于哪種類型，然后使用相應的計算方法來查找內應力和結構重心。

（3）剪力墻的完整性是區分剪力墻類型的重要標志之一。各種類型的剪力墻的完整性可以通過剪力墻的完整性因子a來反映。a值實際上反映了連接梁和墻墩之間的剛度比，并反映了整個剪力墻的完整性。參數a可用作確定剪力墻類型的標準之一。但是，參數的大小反映了剪力墻的完整性，而不反映剪力墻各層之間是否存在反射點。

（4）墻肢是否顯示為反向彎曲點與墻肢的慣性矩之比，積分因子a、層數n和其他因素有關。剪力墻的不同類型分為：如果剪力墻連接梁的剛度和墻肢的寬度基本均勻，則積分因子a=10，該系數通過小的開放式積分墻計算得出。如果開口的面積與剪力墻高度的總面積之比為0.15或更小，且開口之間的凈距離和從開口到墻的凈距離大于開口的長邊，則通常可以將其視為整體剪力墻。

3 剪力墻結構設計的基本原理

首先，結構工程師必須根據建筑結構設計的相關規范，闡明設計者的設計理念和設計標準。為確保結構設計和剪力墻結構設計方案更加合理科學，需要嚴格遵守國家有關部門的技術標準和技術規范。在剪力墻結構設計中，有必要在結構設計中充分考慮墻體受力情況，合理化剪力墻、梁、柱等結構，使房屋的整體結構更加穩定安全。剪力墻的存在能夠使得整個結構借由彎矩以及剪力的作用，獲得優秀的延展性和承載力。整體結構的縱向力和水平力比例適中對于保持整個剪力墻結構的穩定性具有很大的作用。為了保證剪力墻能夠融入整體的建筑結構需要合理安排結構設計，做好建筑結構模型搭建和相關設計數據的比對分析。為了使得安裝剪力墻的建筑結構維持合理的建筑抗震效果，并且能夠維持整個結構的設計效果最佳，需要衡量計算剪切模量的數值。剪力墻的設計不能濫用，以免出現剪力墻結構內部受力不一致，無法維持房屋建筑的穩定[3]。

4 剪力墻結構設計的應力分析

按照整體計算剪力墻、開口剪力墻、雙肢剪力墻和組合剪力墻等四類剪力墻，都可以使用薄板模型進行模擬，該模型沿厚度方向均勻分布載荷，并在薄板平面中進行分析。這些區域可以細分為有限數量的幾何形狀。在有限元分析中，將劃分為三角形和四邊形（2D）的簡單形狀稱為元素，并且這些元素通過節點和公共邊連接。在研究問題的區域中，這些元素之間的連接稱為有限元網格。在其他文獻中，網格可以分為兩類：結構化網格和非結構化網格。結構網格由幾何上相似的三角形和矩形元素組成，并且特別適用于簡單的形狀和邊界問題。結構化網格可以大大減少程序的執行時間，結構化網格可以用于邊界復雜的區域。這種網格通常易于適應復雜的結構形狀。為了解決這個問題，可以使用非結構化網格離散化具有內部邊界的復雜區域。盡管非常耗時，但非結構化網格仍然適用于局部網格細化。這項工作的目的是通過在幾何不連續處使用較小的元素，在其他區域使用較大的元素來獲得剪力墻框架幾何形狀的高質量粗糙網格。

5 結束語

剪力墻技術近幾年逐漸穩定成熟，被廣泛應用于城市的高層建筑結構設計之中。剪力墻自身的優勢效果明顯且同現實的建筑施工能夠完成完美的銜接。在剪力墻結構設計過程中，設計師必須將專業理論與各種剪力墻相結合進行應力強化。通過確保建筑質量的穩定性和安全性，在強靈活性的前提下進行合理的設計，根據實際情況對設計進行重復驗證以及降低建造成本，可以最大限度地發揮剪力墻結構的作用。在繼續開發建筑結構設計中的剪力墻結構的同時，提高了建筑的使用壽命和使用效率。