建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用研究

種偉政

摘要：隨著社會的進步與發展，人們對建筑工程的質量要求不斷提升，為滿足不斷提升的社會需求，建筑行業內一直在積極的探索創新路徑，多種先進的建筑工藝和施工方法被不斷應用到建筑的建造過程中，在一定程度上提高了建筑工程的建筑質量，推動了建筑行業的綜合發展。剪力墻結構就是近年來獲得廣泛應用的一種建筑結構設計，通過科學的應用剪力墻結構，能大幅提升建筑的綜合性能。

關鍵詞：建筑結構設計;剪力墻結構設計;應用;研究

1剪力墻結構的設計特點

城市化發展中土地緊張問題日益突出，為克服土地資源限制，建筑工程呈現出高層化的趨勢，項目數量逐漸增多、規模日漸擴大。但因為建筑的層數多、高度大，整個結構受到的作用力繁多且復雜，軸線并行、側向移動等均是結構設計中需重點關注的方面。由于剪力墻結構的特點，高層建筑項目實施中，人們越來越傾向于這一結構體系的構建，在剪力墻結構體系設計時，應保證剪力墻具有較好的抗側剛度、較小的側移、良好的吸收地震能力，只有這樣，方可使得剪力墻結構具有極好的結構穩定性和抗震性，能夠應對來自內外部的各種結構沖擊。對于高層民用建筑而言，為達到總體結構標準，剪力墻結構的高度和厚度都相對偏大，這一結構設計要求使得該結構體系即使處于荷載作用下，也可以發揮剪力墻結構體系的優勢，發揮其抗剪切力機械強度能量小的特征。一旦剪力墻結構的應用對象是超出20層的建筑，為保證截面彎矩極限承載力計算的科學性和準確性，必須要以全截面抗彎作為計算基礎，根據相應的計算經驗，在洞口越小的條件下，剪力墻結構的性能越理想，越可以發揮其在建筑結構中的優勢。此外，高層民用建筑中的剪力墻結構設計中，通過對剪力墻的合理布置，可以有效對建筑空間加以科學劃分，實現空間資源的合理利用，有效提升了室內框架結構的簡潔性和美觀性。因為剪力墻結構中各個構件都為混凝土材料，使得剪力墻結構的自重較大，地震災害出現時該剪力墻結構也勢必因自重出現明顯的地震反應，再加上抗側剛度的存在使得地震時的地震反應力加大，因此，為使得剪力墻結構的抗震性得以增強，應從其結構特點出發進行適當的優化。

2建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用

2.1基礎方案及承重構件的設計

剪力墻結構的設計方案應以施工現場的水文地質情況、周邊建筑分布情況、工程的建設要求等多種要素為基準綜合確認，確保剪力墻結構的設計方案既能滿足建設要求，又能與周圍環境和諧共生。設計人員應結合建筑施工環境、相關標準等要求合理規劃剪力墻的承重構件，保證建筑主體結構的穩定性合格。應將墻體配筋率作為剪力墻承重構件設計的關注重點，水平和豎直方向的配筋率不應低于0.25%，少數框支剪力墻結構底部加強位置的配筋率應不少于0.3%。在剪力墻結構的設計過程中，設計人員應積極認識基礎方案的重要性，重點控制承重構件的設計及優化，結合自身設計經驗和工程的各項參數科學確定工藝參數及建設標準，避免因設計不合理為結構帶來的安全隱患，完成設計后應多方驗證，確保設計方案的科學性和可行性。

2.2剪力墻結構的設計

剪力墻結構的設計中盡量保持其平面均勻分布，剛度中心接近建筑結構整體的中心，最大化減少扭轉效應，若剛度中心與建筑中心的偏離程度較高，可在條件允許的情況下通過調整墻肢長度和連梁的高度對剛度中心位置進行調整。由于剪力墻具有較強的抗側剛性，結構自振周期較短，承受的水平地震作用較大，可能影響結構的整體性能。為減少水平地震剪力對建筑結構的影響，可通過減少墻體厚度，在主次結構設計中增大墻體間距，減少墻體總數等方式降低結構整體自重，增加結構的抗側移剛度。剪力墻結構最顯著的優勢就是具較好的承載能力和平面剛度，但平面外承載力和剛度卻相對較弱，若在設計中直接將平面外方向梁與剪力墻相連，可能會使墻肢平面外彎矩增大，為改善此種情況，在樓面截面不大的條件下，可采用半剛接的設計方案調整墻肢平面外彎矩。

2.3大墻肢處理

在保證剪力墻結構滿足建筑承載要求的前提下，將長度較大的剪力墻結構劃分成一定數量的獨立墻段，提高其穩定性，避免建筑在投入使用后因外力的作用對剪力墻結構整體造成破壞，若想實現該目的可在施工過程中在長度較長的剪力墻結構中適當開洞，將長墻肢轉化為短墻肢，施工結束后對開設的空洞進行必要的封堵。另外，還可通過調整配筋數量提高長度較小的剪力墻結構的承載能力，可在設計剪力墻結構時適當留洞，以適當調整墻肢的配筋數量。

2.4剪力墻厚度的控制與配筋

2.4.1剪力墻結構厚度設計

根據國家的相關規定要求，若建筑工程的抗震等級是一級或二級，則剪力墻底部加強部位的厚度應大于200mm，并且應大于層高的1/16，剪力墻的其他結構厚度不能小于160mm;若剪力墻端頭未涉及翼墻，則應大于層高的1/12。但是相關規定并不適用于所有建筑結構，如在設計低高層或多層建筑結構時，若建筑層數在5～15以內，該種情況下的剪力墻肢在重力荷載代表值下，軸壓比多小于0.2，若按照規定計算，底部功能要求3.9m層高，墻體厚度至少為240mm。若出現此種情況，設計人員應結合自身設計經驗，通過概念設計分析，重新規劃墻肢軸壓比，驗算剪力墻墻體截面的強度，科學設置配筋率，在確保剪力墻綜合性能符合建筑要求的情況下，減少墻體厚度。

2.4.2墻體配筋率設計

國家明確規定，在設計抗震等級為一、二、三級的剪力墻結構時，水平和豎直方向的最小配筋率不應小于0.25%，部分框支剪力墻底部加強位置配筋率不應小于0.3%。該要求在長度較大或高度較高的剪力墻結構中應用能顯著提高結構的穩定性，但是在低矮剪力墻結構中應用時應反復確認配筋率的科學性。

2.5連梁的設計與優化

連梁主要承擔連接墻肢的作用，墻肢會在強大的水平負荷作用下發生彎折現象，進而影響連梁的平直度，破壞墻肢整體結構的穩定性。通過改善墻肢的受力情況能有效規避墻肢的彎折，因此，連梁設計的合理性也會在一定程度上影響剪力墻結構的整體性能。連梁并不是所有剪力墻中的必要結構，但對設有連梁的剪力墻來說，若設計合理性不足，則勢必會對連梁的承載力造成一定的影響，甚至會造成截面與設計不符的情況。所以，在設計連梁的過程中應重點關注以下內容：①折減連梁剛度，連梁跨高較低，與其相連的墻肢剛度較大，在產生水平應力時會使連梁承受較大內力作用，進而引發連梁裂縫或破損，所以在設計時應科學折減連梁的剛度，若設防裂度較小，可適當減少折減量，若設防裂度較大可適當增加折減，但應控制折減系數在0.5以上;②增加洞口寬度，在降低連梁高度的同時增加洞口寬度，能顯著減少連梁剛度，提高結構的抗震性能;③結合實際情況增加剪力墻厚度。

3結語

在城市人口不斷增加的情況下，城市中的建筑高度會呈現逐漸提高的發展趨勢，剪力墻結構的應用范圍也會不斷提升，為進一步提升剪力墻結構的科學性和合理性，設計人員應對剪力墻結構的設計不斷進行創新與優化，通過應用剪力墻結構，促進我國高層建筑的建筑工藝更加成熟，推動我國建筑行業的不斷發展。

參考文獻：

[1]王菁菁.剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析[J].住宅與房地產，2020，No.568（09）：69-69.

[2]熊晨玲.剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析[J].現代物業（中旬刊），2020（01）：95-95.