建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用策略

胡江

【摘要】由于建設項目的施工難度越來越高，工程多樣化的復雜程度明顯提高，為了及時提高項目的施工質(zhì)量，保證整個項目的施工進度，必須提高建設項目的整體工程施工管理水平。在此經(jīng)濟背景下，我們正在盡最大努力，充分利用建筑知識、技能，以及大數(shù)據(jù)技術來指導我們研究和設計現(xiàn)代建筑中一些不同類型的新型建筑結構。建筑結構框架的整體結構性能有巨大的性能優(yōu)勢，例如，該結構可以顯著用于增強建筑工程的結構強度，更好地增強新框架結構建筑的整體結構性能。在新技術時代，我們利用基于大數(shù)據(jù)的技術分析和技術指導，對建筑結構的性能進行充分的理論研究和數(shù)據(jù)挖掘，從中快速了解關于建筑理論結構性能的基本信息，從而大大提高建筑的安全防護性能和可靠性。

【關鍵詞】建筑結構設計；剪力墻結構；策略

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.030

1、剪力墻結構概述

剪力墻，在房屋建筑物或者構筑物的中的作用，即其需要承擔在建筑中來自風力荷載或者地震作用力下形成的水平或豎向荷載墻體，通過剪力墻來避免建筑結構遭到作用力下的剪切破壞，故也稱其為抗震墻。抗震墻，一般設計材料為鋼筋混凝土，抗震墻根據(jù)結構需要可設計為兩種類型：平面和筒體剪力墻，其中平面剪力墻多設計在鋼筋混凝土框架結構、升板結構以及無梁樓蓋體系中，如果需要加強建筑結構的強度、剛度、強度以及抗倒塌性能，可在建筑結構的某個受力位置設置現(xiàn)澆剪力墻，或者通過預制裝配的方式設計鋼筋混凝土剪力墻；而對于筒體類型的剪力墻，通常設計應用在高層建筑、高聳以及懸吊式建筑結構中，通常設計在建筑中的電梯、樓梯、以及輔助房間中，剪力墻將以間隔圍墻的形式進行設計，此類剪力墻筒壁通常設計為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，其墻體自身的剛度和強度的水平荷載力均強于平面剪力墻。

2、設計實例

2.1 工程概況

本工程為某城市的高層住宅建筑，用地面積10.6萬m2，總建筑面積31.66萬m2。其中：小學2.64萬m2（地上2.3萬m2，地下車庫0.33萬m2），住宅29.02萬m2（樓棟23.16萬m2，地下車庫5.86萬m2）。

具體分析該建筑的高度和層數(shù)，了解該建筑的具體結構特點和相關要求，主要使用剪力墻結構，通過集中布設等方式構建完善的核心筒，這樣才能將剪力墻結構的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，在布局方面核心筒使用平均布局的方式，連梁的高度適中，與兩方向墻的高度相同。在設置方面控制單肢墻的長度在8米以內(nèi)，確保縱橫比符合要求，該工程剪力墻截面設計過程中厚度控制在200毫米到300毫米。

與此同時在本工程剪力墻當中，為了保證混凝土澆筑的效果使用重量輕、吊裝方便的木模板，這種墻體模板使用的主要是18毫米厚的多層板，標準設定為1220×2440毫米，橫肋上設置兩根雙鋼管，支撐方面使用直徑為48毫米的鋼管以及一些可調(diào)的u型管。

2.2 梁、板布置

在高層建筑結構當中，一般情況下，梁板的跨度相對較低，在布置樓層梁時需要注意對傳遞路徑進行優(yōu)化，防止出現(xiàn)多層傳遞等情況。在本工程當中，樓板厚度設定在100毫米到120毫米之間，設定屋面墻的厚度在120毫米左右，在設計混凝土強度等級方面15層以下的設定在混凝土等級c30，16層級以上設定在c25。

2.3 底部加強部位的設計

在設計剪力墻結構過程中，底部加強部位的設計是非常重要的，通常而言在高層剪力墻結構設計方面，底部加強位置的高度需要達到底部兩層高度和墻體高度總和的1/10，另外該工程地下室的頂板位置可以作為結構嵌固端，底部加強位置設定在1～4層左右。

3、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用策略

3.1 加強邊緣構件的約束處理

設計墻肢長度在一定范圍內(nèi)，可以得出約束邊緣構件陰影區(qū)和非陰影區(qū)的長度是由設計要求的最小長度進行控制的，如圖1所示，當約束邊緣構件長為lc=450mm時，陰影區(qū)的長為400mm，而非陰影區(qū)長僅為50mm，因為考慮到非陰影區(qū)的長度很窄，為方便施工，因此多選擇圖2的方式施工，可將邊緣構件設計為陰影區(qū)。

另外，在設計剪力墻結構的過程中，無約束邊緣構件的處理相對于有約束邊緣構件的處理，在負載能力方面可能會低40%左右，這樣會導致抗震能力下降，所以在進行建筑工程施工時，需要與實際情況相結合，合理地進行邊緣構件的設置，讓剪力墻的抗側剛度和抗震力提高，這樣可以保證整個建筑的穩(wěn)定性[1]。

3.2 加強剪力墻洞口的布局管理

對于一些較長的剪力墻可以進行洞口的設計，分隔成受力均勻的墻體，這樣在實際施工過程中通過弱梁來完成連接。剪力墻洞口鋪設過程中，需要注意對剪力墻的整體力學性能進行分析。在剪力墻洞口布局方面，首先需要有規(guī)則的對洞口進行布設，基本成排成列進行設計，另外還需要注意保證洞口與洞口之間的間隔均勻。在設計一些不規(guī)則洞口剪力墻時，需要通過錯洞剪力墻和疊合剪力墻等方式進行設計，在施工過程中需要對應的使用加固措施來進行加固。

為保證澆筑施工的順利進行，同時減少預埋的工作量，澆筑口沿墻體長度方向的間距為兩個樁間距。下層的澆注口要和上層的澆注口對正，以便混凝土輸送管能從地面澆筑口直接貫穿至地下室最底層。

3.3 優(yōu)化連梁的設計

在建筑結構設計過程中，剪力墻連梁的設計不單單能夠保證整個結構的高度還能夠有效地減少建筑側移等情況，具有非常重要的價值，但是在建筑結構設計方面還需要綜合化的對定向連梁進行設計。連梁剪力墻設計，如圖3。高層住宅剪力墻結構當中，因為墻長較長，可以通過剪力墻平面當中的梁跨和開洞方式形成連梁，如果產(chǎn)生跨高比較小的連梁，在計算過程中很容易導致過度抗剪連梁的出現(xiàn)，因此在實踐當中需要注意進行控制，具體方法如圖3所示[2]。

3.3.1增加梁的截面積增加

讓梁的截面積增加，保證連梁具有較強的抗剪能力，但在此過程中也會造成梁的高度有所增加。在設計過程中需要注意相關的施工要點。在連梁寬度固定的條件下，可以通過適當加高粱高的方式來進行施工，如果梁高不能改變，則可以擴大梁寬，讓斷面的連接寬度增加，然而這樣的設計方式在連梁剛度方面的貢獻不大。

3.3.2調(diào)整設計內(nèi)力

在提高連梁截面不會影響抗剪承載力的條件下，可以讓連梁的剛度人為的降低，通過這樣的方式合理的對剪切力進行分配，以便將連梁的抗剪性能問題解決，最簡單的控制方式在于對計算參數(shù)進行選擇，通過對連梁剛度折減系數(shù)進行調(diào)整，只有使用內(nèi)力配筋計算的條件下才能夠有效地控制。另外，連梁的剛度仍然需要具有較強的抗剪承載力和抗彎承載力，應符合正常的使用要求，如果跨高比超過5的連梁，需要依照設計的框架量來進行優(yōu)化，以符合施工要求。

另外，在剪力墻連梁設計時，需要注意有效的控制結構抗側力剛度和內(nèi)力，需要注意加強數(shù)據(jù)的校核。在連梁跨高較小的條件下，很容易導致建筑在反復載荷條件當中出現(xiàn)連梁的斜裂縫，而導致剪切破壞。因此在設計過程中為了避免這種剪切破壞等情況，可以使用跨高較大的連梁，這樣可以有效的保證連梁的穩(wěn)定性，另外還需要注意在設計剪力墻結構的過程中加強內(nèi)力分析，做好連梁剛力折減的相關計算，避免剪力墻連梁出現(xiàn)嚴重的破壞[3]。

3.4 對剪力墻墻肢的長度以及鋼筋的使用進行控制

在設計的過程中，首先需要重視剪力墻墻肢的長度設計，保證其合理性，確保剪力墻的結構穩(wěn)定。在一般情況下，為了進一步控制剪力墻的延展性，還需要注意在特殊部位優(yōu)化設計，這樣可以防止彎矩影響剪力墻的穩(wěn)定性。在實際施工過程中通過連續(xù)肢墻的方式來確保墻體具有較好的寬高比，使剪力墻具有較強的穩(wěn)定性。另外，依照國家的規(guī)定和要求，對于不同抗震級別的剪力墻在設計過程中豎直方向和水平方向的配筋率是有一定區(qū)別的，在四級抗震級別和非抗震級別的剪力墻當中，配筋率需要超過0.2%[4]。

3.5 墻肢平面外彎矩的優(yōu)化方法

在剪力墻平面當中，內(nèi)外承載力和剛度之間差異較大，是因為高度出現(xiàn)突變可能會造成整個剪力墻方向地梁連接位置出現(xiàn)強制平面外彎曲，因此在設計的過程中需要注意適當?shù)氖褂冒抵头鰤χ确绞絹磉M行優(yōu)化，另外可以順著梁軸線位置進行剪力墻的設計，以便解決該問題[5]。

3.6 墻肢設置

墻肢的主要作用是分散剪力墻的壓力，使建筑物的抗震能力得到顯著提高。在設置墻肢的過程中，需要深入研究建筑的構造，對建筑進行系統(tǒng)的受力分析。剪力墻本身具有一定的延伸性，因此在選擇剪力墻整體結構設計時，需要充分考慮其延伸性的直接影響，而剪力墻整體結構設計中最重要的一點就是要考慮剪力墻的脆性和延伸性，這就需要根據(jù)整個剪力墻的具體延伸長度進行結構設計。對于前置條件長度相對較長的大型剪力墻，應采用墻分層或多間距的方法實施。剪力墻表面應進行多截面無縫切割處理，有效避免對剪力墻延性的破壞。對于相對較短的大型剪力墻，應采用這種加固方法進行配合，充分發(fā)揮其作為支撐柱的作用。當剪力墻的前置條件長度大于8m時，可以考慮配筋來設置墻體施工的漏洞。通過在實驗室搭建模型，并根據(jù)模型底部必要的傳感器，傳感器主要采集剪力墻各部分的承壓值。最后，通過比較不同墻體肢數(shù)下剪力墻承載力的變化，確定墻體肢數(shù)。確定墻體肢數(shù)后，應根據(jù)建筑物的實際抗震需求確定墻體肢的截面積，使剪力墻在地震來臨時能起到很好的減震作用。

3.7 優(yōu)化配筋方案

只有在剪力墻中加入一定比例的鋼筋，剪力墻才能具有很強的剛度。然而，考慮需求壓力而忽視成本會導致工程成本的增加。因此，在設計加固方案時，應深入分析建筑的抗震需求，并根據(jù)建筑的實際需求選擇相應的加固類型。確定鋼筋類型后，根據(jù)建筑物的受力需求確定剪力墻中鋼筋的比例。

結論：

總而言之，在當前建筑結構設計方面，剪力墻結構的優(yōu)勢非常明顯，在實際應用過程中獲得了廣泛的歡迎。在設計方面需要重視與實際情況相結合，嚴格依照規(guī)范要求，加強各參數(shù)的合理設計，重點對剪力墻的高度、布局、高度、寬度等進行優(yōu)化，參照各建筑標準進行有效的處理，尤其需要注意分析結構的關鍵部位，選擇合理的設計方案加強平面設計等細節(jié)的控制，這樣才能使建筑結構整體優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，保證安全性、穩(wěn)定性，控制建筑成本，將建立墻結構的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

參考文獻：

[1]鄧法.建筑結構設計內(nèi)剪力墻結構的運用分析[J].華東科技：學術版，2015（4）：40.

[2]陳南生.建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用分析[J].房地產(chǎn)世界，2020，No.329（21）： 43-45.

[3]鐘艷，張丹萍.建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2016（08）：665.

[4]孫守才.剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用分析[J].商品與質(zhì)量，2018（48）：96.

[5]張媛，王禹.淺析建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用[C].2014年全國科技工作會議論文集，2014：98.