裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計分析

陳健

摘 要：隨著我國社會主義現代化進程的加快，我國經濟得到了空前的改善，城市現代化建設的步伐也逐漸加快。為了適應高質量、高效率的建設，裝配式建筑迅速崛起，成為當今建筑領域的重要組成部分。但是，對于性能更可靠的剪力墻結構，需要更加全面的設計，明確設計要點，進一步強化實施各種控制措施。同時，要對剪力墻結構設計進行綜合考慮，合理有效地提高施工效率，充分利用裝配式建筑在建筑應用中的便利和快捷優勢。筆者結合多年的裝配式建筑設計施工經驗，對結構設計中剪力墻結構設計作了一定的探討，并對其在裝配式建筑中的合理應用作了闡述，以期對后續裝配式建筑的應用有一定的借鑒意義。

關鍵詞：裝配式建筑；建筑設計；剪力墻結構

1 前言

新時代的來臨帶動了建筑行業的整體發展，裝配式建筑被大量采用，但在裝配式建筑設計中，剪力墻設計常常會出現一些問題。因此在實際設計施工中應充分利用裝配式建筑的優勢，合理設計剪力墻結構，避免施工過程中出現剪力墻質量事故。目前，裝配式剪力墻結構設計方案是最重要的一環，在設計過程中應充分結合工程實際情況，合理設計剪力墻結構，確保剪力墻結構在施工和使用過程中具有科學性。

2剪力墻結構概述

在建筑結構設計過程中，剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來取代梁和柱的框架結構[1]。剪力墻結構體系具有良好的承載力，并且具有良好的整體性能和空間性能，它的抗側力比框架結構更好。剪力墻的寬度和高度都比較大，但它的厚度較小，與板樓厚度相近，因此，它在墻體的平面內具有非常高的抗側移剛度，而在墻體的平面外則具有非常低的剛度，此為剪力墻具有的幾何特征和受力特點。所以，在進行結構設計時，除了要考慮剪力墻結構的豎向承載能力外，還應將其的彈性變形能力和抗震性能也納入其中。合理設計結構類型和規模，以保證結構的穩定性和安全。在水平荷載作用下，剪力墻結構通常表現為彎曲變形。但是由于對剪力墻結構的間距有一定的局限性，使其在平面上的布局比較僵硬，因此，對于需要大面積的公共建筑來說，是不適宜的。這時就需要使用框架剪力墻結構，其特征如下：首先，框架剪力墻是較好抗側力結構；框架剪力墻結構擁有一種有別于傳統結構體系，它自身并不是一個單一的結構形式，而是由兩個結構形式結合在一起形成的，采用剛度和強度都比較大的剪力墻與框架協同工作。既可構成靈活的大空間，滿足了建筑功能的需要；與此同時，剪力墻結構還能夠提高結構整體的抗震和抗風能力，減少結構的位移。其次是框架剪力墻具有較強的抗震性能，對于高層建筑來說，框架剪力墻的抗震性能體系應能充分滿足相關設計標準[2]。當震級相對較小時，建筑物沒有明顯的損壞，仍能正常使用；如果是中級地震，那么在修復之后，應能夠恢復到原來的水平；當地震具有較大震級時，確保建筑物本身不會受到較嚴重的塌陷危害。通常情況下，地震對建筑物的破壞是有方向性的，框架剪力墻能夠均勻分布在建筑周圍，有效抵抗水平荷載，提高整體結構的承載力，最終實現建筑物抗震性能的優化提升。

3裝配式建筑結構應用現狀

3.1鋼結構裝配式建筑

第一，鋼結構裝配式建筑由于其自身的抗壓和抗拉性能，在大跨度建筑結構中具有良好的應用前景。在房屋建筑設計中，采用鋼結構裝配大跨度的結構，可有效地保證房屋空間布局的靈活性，使房屋空間利用率最大化。例如，大跨度鋼結構裝配式房屋結構在展覽館、體育館等建筑中得到廣泛應用。

第二，大型房屋建筑項目的建設周期非常緊迫，大部分項目都是以鋼結構為主要構件進行裝配的。由于鋼結構的施工周期短，施工簡單、快速、高效，因此被廣泛用于廠房、倉庫等大型建筑物。

第三，鋼結構因其造價低廉，重量輕，抗震性能好等優點而被廣泛應用于高層建筑中。但鋼結構裝配式因鋼材自身不耐火，其保溫、防腐、防火等施工過程較為復雜，導致其在高層建筑中應用時存在諸多缺陷，且這些缺陷很難得到有效的解決[3]。

3.2混凝土結構裝配式建筑

混凝土結構裝配式建筑分為裝配式和全裝配式兩種，在施工過程中均需要人工拼接預制混凝土結構，其主要施工步驟如下：首先選取適當的豎向構件，利用漿錨搭接或套筒注漿的方法將豎向構件進行連接，并在上方安裝預制梁、板，再澆筑混凝土與預制梁板形成疊合層，從而組成整體裝配式結構。為了提高裝配率、整體施工進度和效率，對于有些非結構性構件的施工，通常是通過裝配式結構進行施工，例如預制外墻線條、預制樓梯和預制非承重墻板等等。當前，因為全裝配式混凝土結構的施工難度很大，在我國尚不多見。而且，混凝土結構全裝配式建筑的施工過程比較復雜，對施工人員的技術有很高的要求，人工成本較高，經濟效益較差。

4裝配式建筑結構的應用優勢

首先，裝配式建筑結構能夠降低實際施工過程中的投資成本，相對于傳統的施工建筑，在實際使用過程中，許多質量相對較輕的墻板被采用，從而方便施工人員開展相應的施工作業。由于該墻板所具有的價格較為低廉，其安裝更為便捷，使得施工作業所具有的便捷性大幅度的提升時，降低原有施工成本。因此，開發單位要合理地分析項目開發過程中的效益比例，從而提高項目的效益[4]。

其次，為了縮短施工周期，在施工過程中要分析裝配式建筑的設計圖紙，在施工前對項目施工全過程進行深化設計，以縮短施工周期，提高施工效率，使施工對周邊環境的影響得以降低，使施工企業綜合效益提高。

最后，施工工藝在應用過程中會呈現出更加簡單化的特點。裝配式建筑結構在具體施工過程中會采用模塊化施工方法，施工人員根據其模塊結構進行具體裝配，強化整體施工人員技術，嚴格落實相關要求，確保施工綜合效率提升。同時，在裝配式結構施工中，對施工人員的整體素質進行全面控制，保證施工質量，使現場實際安全得到保障，從而為綠色建筑的發展打下一定的基礎。

5裝配式建筑剪力結構設計原則

5.1調整樓層位移與剪力墻布置數量比例

如果樓層所處區域發生地震較多，則應按最大層位移標準值調整剪力墻布置數量比例，以降低地震對高層建筑結構的影響。設計單位必須確保整個剪力墻結構的彎矩和變形不受影響，并把剪切變形作為主要考慮因素。設計中不僅要根據最大層位移調整構件數量，應進一步強化有關構件的布置，以減小建筑結構的扭轉變形，保證結構中各樓層間的位移不會因為扭轉引起結構中各樓層的位移過大。另外，因樓層間位移無法決定剪力墻結構的豎向荷載強度，因此應加強結構縱向剛度與承載力，以減少層間位移的可能性[5]。

5.2調整剪力墻的連梁超限

高層建筑剪力墻結構連梁跨高比較小，其相應的彎矩和剪力強度都大大超過設計值，容易造成結構斷裂，危及居民生命財產安全。因此，剪力墻結構連梁跨高比應大于2.5，以保證其結構強度良好，不受意外因素影響而造成結構破壞。設計單位應根據有關部門的規定，選擇合適的跨高比，既要減少彎矩，又要保證剪力滿足建筑安全要求，從而保證整個的剪力墻結構設計更加地科學、合理、高效。另外，我國規定，當連接墻肢的梁跨高比小于5的情況下，此梁為連梁，應進行剛度折減并保障連梁的抗剪。

6裝配式建筑剪力墻結構設計的應用策略

6.1科學合理地設計剪力墻位置

在剪力墻結構設計中，墻體位置的布置、墻體布置方式等都是非常重要的。首先，確定建筑結構的主軸位置以及剪力墻的位置，然后根據主軸的不同方向設置雙向剪力墻，從而使建筑物的內部空間分布更加合理。在建筑結構設計時，應保證建筑結構的抗震性能，禁止采用單向放置設計模式，應在兩個角度上對剪力墻結構性能進行分析，來保證剪力墻結構在各個方向上的振動頻率與振動周期具有相似性，這有助于保持墻體安全和穩定。其次，剪力墻截面設計應以規則與簡單性為基礎，剪力墻的抗壓能力和剛度較大，因此可以利用剪力墻的承載力來減輕建筑荷載，充分發揮剪力墻的作用。建筑剪力墻布置時，應避免剪力墻分布過于密集，保證間距合理。在剪力墻布置設計中，應根據墻高標準縮減厚度，并綜合考慮混凝土等級。采用減少墻肢方式，按照工程項目標準提高其截面高度。但如果是在一個區域內，發生地質災害頻繁，在這種情況下，如果剪力墻的高度過高，那么在地震發生后，剪力墻就易發生彎曲，另外，如果剪力墻太低的話，就有可能導致墻體發生脆性破壞。因此，在地震多發區，剪力墻的高度設計是重點，既要保證它的承載力，又要保證它的穩定性。同時，有關人員在設計剪力墻時，應先研究剪力墻的受力狀況，確保剪力墻結構位置和孔洞位置具有科學性，確保剪力墻設計符合力學特性[6]。

6.2 對剪力墻彎矩進行科學控制

在建筑工程中，剪力墻結構設計應根據工程實際需要，分析剪力墻結構和剪力墻的特點。盡管剪力墻的抗壓能力和承載力很強，但在平面以外的承載力相對較弱，這使得剪力墻連接部位由于平面外彎矩導致承載力較差，這是剪力墻常見的問題。因此，設計人員在剪力墻設計時應有效地控制彎矩，設計剪力墻連接部位，使其具有與剪力墻外側相連接的結構。在實際工作中，可以先布置梁墻位置，并根據軸線位置、軸線方向和剪力墻方向來合理地計算彎矩，從而保證設計的科學性。此外，應合理設計扶壁柱，使剪力墻強度和剪力墻剛度均有較大提高，從而保證剪力墻質量。如果剪力墻設計中發現問題，應該盡快修改設計方案，如未發現問題，則進行后續設計，并計算暗樁的配筋。同時，還可以設計出使梁端更加穩定的構件，對彎矩進行控制。

6.3處理好剪力墻延伸

在建筑剪力墻設計中，應綜合考慮剪力墻的延性問題，采用科學的方法來優化結構設計，確保剪力墻的延展能力能夠滿足設計要求。由于剪力墻本身具有延性，為了充分發揮它的延展功能，應采取多種有效的構造措施保證控制軸壓比、最小配筋率等。

6.4有效地提升剪力墻性能

一般來說，建筑的壽命都是非常長的，所以剪力墻的作用需要很長一段時間才能發揮作用，所以必須保證剪力墻的強度和性能，并且在設計中應該加強剪力墻的設計，確保剪力墻能夠滿足施工的要求，避免在使用過程中出現質量問題。在剪力墻結構設計中，應全面分析影響墻體的因素，以避免使用過程中出現的風險，充分發揮剪力墻結構的作用。剪力墻結構的性能、強度都會受到配筋率的影響，應通過科學的計算和科學的設計，保證結構的穩定性和安全性。另外，相關人員要做好剪力墻邊緣部位的設計和控制工作，根據剪力墻的要求設計墻體邊緣，提高剪力墻質量，使建筑工程能夠健康發展[7]。

6.5合理控制剪力墻的厚度

在建筑墻體設計中，既要保證墻體厚度達到建筑要求，又要保證剪力墻的承載力，根據剪力墻的軸壓比在滿足相關規范要求的前提下，自下而上合理減小墻體厚度，并防止墻體結構在荷載作用下過早損壞，延長剪力墻使用壽命，滿足工程的經濟性要求。在剪力墻結構設計時，應注意保證剪力墻厚度符合規范標準對穩定性的要求，驗算通過后方可施工，使剪力墻結構質量達到建筑結構標準。

6.6 積極對設計人員進行培訓

剪力墻設計人員的技能和素質對剪力墻的質量有很大的影響，要想提升剪力墻的質量，確保剪力墻的穩定，就必須要對設計人員進行訓練，讓他們擁有足夠的專業技能，并且要在實際工作中，按照現場的實際情況來進行剪力墻結構的設計。保證其合理性。第一，在招聘設計人員的時候，要對設計人員的資質、設計能力展開審核和考核，并對設計人員的工作理念、核心素質進行分析。選擇更優秀的設計師。第二，對企業內的設計人員進行培訓，使每個設計人員都具備相應的專業技能。第三，對設計人員實行責任制，將設計人員的工作素質與其利益相聯系，明確設計人員的工作內容和職責，如發現問題，及時追責，監督整改，確保剪力墻設計質量。

7結論

總之，隨著人們對建筑結構的要求越來越嚴格，傳統的建筑結構形式已經不能滿足現代社會的要求。因此，建筑結構設計應從多方面考慮，既要提高結構的穩定性，又要充分利用技術優勢，使建筑設計更符合人們的居住要求。為此，有關部門應繼續深入研究，根據工程實際需要，充分發揮剪力墻結構在設計上的優越性，提高設計質量。

參考文獻

[1]湯海燕，水淼，李睿.探究裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計[J].建材與裝飾，2020（7）：134-135.

[2]劉軍.探究裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計[J].房地產導刊，2021（3）：287.

[3]龔麗妍.裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計[J].建筑工程技術與設計，2021（16）：478.

[4]韓陽.裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計分析[J].建筑工程技術與設計，2021（9）：703.

[5]單志偉.建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用策略[J].中國建筑金屬結構，2021（3）：72-73.

[6]袁碩.建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用策略分析[J].低碳世界，2021，11（6）：170-171.

[7]李卓.建筑剪力墻結構設計優化策略研究[J].建筑技

術開發，2021，48（11）：16-17.