裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計分析

陶傳剛

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引言

裝配式建筑結構是一種新型的建筑模式，與傳統方法相比具有更大的優勢，因此可以在許多建筑行業中廣泛使用。為了有效地推廣預制裝配式建筑模式，不僅要注意裝配式建筑結構體系的優勢，還需要優化剪力墻結構的設計以進一步協調兩者，提高裝配式建筑的整體結構穩定性。

1 剪力墻結構介紹

（1）什么是剪力墻結構。剪力墻結構是指由許多組件組成的墻，這些組件可以承受水平力并減少剪切力對建筑結構的破壞。墻的主要材料是鋼筋混凝土，用于建筑梁的過程。柱中鋼筋混凝土的使用可以有效地承受水平力，而剪力墻應增強建筑物的穩定性，因此在建筑結構中得到了廣泛的應用。然而，在實際施工中，由于施工預算等因素的影響，剪力墻的厚度將減小。

（2）剪力墻結構的類型。所使用的剪力墻的類型取決于所支撐的力。剪力墻的結構類型主要有以下四種：①整體性剪力墻，這種剪力墻洞口的數量不多甚至沒有洞口，如果要開洞口要控制洞口的面積在墻體整體面積的1/6，而且對洞口長邊尺寸的距離也規定，還要注意減少剪力墻的反彎作用；②壁式框架剪力墻墻體上的開洞尺寸較大，產生節點區，形成較大的剛性區域；③洞口成列布置的聯肢墻體剪力墻，該結構的剪力墻穩定性更高；④整體小開口剪力墻，其開口豎向成列分布，洞口在整體面積中所占的比重依然不大[1]。

2 剪力墻結構設計特點

（1）小開口剪力墻。 剪力墻具有較小的開口，但始終執行常規分析。門窗開口的總面積至少是剪力墻面積的15%，因此在力曲線分析中，這種剪力墻將增加一倍，總的垂直應力由建筑物的水平載荷分布，呈線性分布。該模型可以看作是局部彎曲應力和總壁剪應力的疊加。同樣，開口較小的剪力墻的彎矩圖也沒有顯示出相對于墻體總高度的彎點，但是彎矩圖的主要位置可能會因其較大而發生變化。

（2）整體式剪力墻。 門窗開口的總面積小于剪力墻側面面積的15%。這種剪力墻的強度特性與整體懸臂墻相似，下部是固定的，而上部是自由的，并且類似于垂直懸臂的施工方式。在建筑物的水平荷載下，整個剪力墻界面的垂直應力主要表現出總體線性分布趨勢。彎矩圖位于剪力墻整個橋的高度，通常不會產生彎曲點。

（3）多肢剪力墻。多肢剪力墻與雙肢剪力墻相似，主要是指在整個墻壁中具有一排或多排開口的剪力墻。這種剪力墻的開孔尺寸較大，但應力條件與整體小開口剪力墻相似，因此多邊形剪力墻與小開口剪力墻的結構模式和彎矩圖差別不大。分析連接梁對剪力墻肢的約束效果，發現剪力墻的整個結構被太多的開口損壞，導致剪力墻部分彎曲。如果設置得太大，則向應力分布曲線的一部分會偏離線性分布。

（4）壁式框架剪力墻。這種剪力墻主要用于高層建筑，剪力墻具有大量的開孔和較大的規格。剪力墻的壁看起來小于孔中的開口。線性剛度分析表明，墻柱和連接梁之間的一般差異不明顯。這種剪力墻的受力分析相對接近框架結構的強度，并且在法向應力分布中，壁構件通常具有局部彎曲力矩，因此在許多層中，內部強壯的四肢似乎彎曲。

3 裝配式建筑結構中剪力墻結構設計方法

（1）標準參數。設計時需要標準參數設置。在一般情況下，裝配式建筑結構的剪力墻設計必須計算振型數，以確定系數的質量，以確保設計可以超過初始設定值并確保建筑結構的設計合理性。振型數的選擇應根據建筑物的類型來決定，對于高層建筑物，通常高于15。在參數設置中，還必須計算分布筋配筋率的垂直分布，通常，應根據實際的配筋比率確定配筋的大小，以減少總體計算結果的偏差。通過根據實際配筋比率進行計算，可以輕松更改最終受彎鋼筋的值。最后，在確定標準參數時，有必要確定最小地震剪力數。從裝配式建筑結構設計實踐的角度分析結構設計參數，以確定最小地震安裝系數，作為達到抗震效果的關鍵標準，最小地震剪力數還用于測量低強度結構的穩定性和抗壓強度，低烈度區中高層建筑底部最小建立系數小于設計要求。

（2）平面結構。裝配式建筑結構中的剪力墻結構設計需要良好的平面圖結構布局，在某些操作中要遵守完整性原則，并且應該簡單且均勻對稱。在平面結構的布置中，如果建筑結構的長度和寬度較大且具有不規則的特性，則必須放置合適的溫度伸縮縫以確保結構的合理性。例如，可以根據周圍的布局原理來操作，以達到增加結構的整體抗扭強度的目的。對于結構質量中心，必須確保結構剛度中心和剪力墻有效重合。這種布置方法可以確保在諸如地震的突然災難的情況下將扭力對結構的影響控制在合理范圍內。

（3）豎向結構。在正常情況下裝配式建筑結構的垂直剛度受垂直受力構件的多次轉換因素影響。因此，在剪力墻設計中，通過適當增加剪力墻轉換層的垂直結構，可以確保剪力墻的整體穩定性。為了進行剛度控制，必須從剪力墻控制變換層的傳力模式開始，這樣從上到下的傳力路徑是一致的，從而避免了水平方向上的多級變換模式并防止了多次變換問題。為空心設計選擇透射梁的上壁和中柱的位置可以提高剪力墻數量的有效性。應該選擇相同的功率傳輸方法，以確保多步轉換穩定。豎向抗側力構件布置在轉換層的主題結構中，以確保剪力墻的整體結構和性能，從而可以獲得更加穩定和牢固的設計效果。

4 結束語

根據發達國家的建設經驗，裝配式建筑的剪力墻結構設計可以有效降低建筑物的能耗，是未來建筑物設計的發展方向。在裝配式剪力墻結構設計過程中，設計人員應明確設計原理和過程，科學設計節點連接，強化地板等關鍵環節，并在現場加強施工管理。因此，制定了高質量的設計方案，為建筑物的整體質量奠定了良好的基礎，從而使高層建筑的可靠性和安全性能夠滿足實際條件的要求。