建筑结构设计中剪力墙结构设计研究

建筑结构设计中剪力墙结构设计研究

黄超

浙江利恩工程设计咨询有限公司   

 浙江省嘉兴市   314000

摘要：随着我国城市化进程的加快，建筑工程行业迎来了巨大的发展契机，各类工程项目施工建设正在如火如荼地进行。人们综合素养的逐步提高使得民众对于建筑施工质量安全问题越来越关注，怎样更好地提高建筑结构的稳定性、合理性和安全性一直以来都是建筑施工单位研究的重点和难点。在现阶段的建筑结构设计中融入剪力墙结构能够有效提高建筑的安全稳定性，使得相关人员在使用或居住过程中能够放心、舒心。

关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；

现根据高层建筑的施工特点，对剪力墙结构设计在高层建筑工程中的运用进行了研究与分析，目的在于能够有效地利用剪力墙机构提升高层建筑的建筑质量从而促进高层建筑在建筑行业中的稳定发展。

一、剪力墙特点

剪力墙结构主要是由一些横向的剪力墙、纵向的剪力墙以及空间结构梁板所构成，剪力墙结构主要受到水平负荷与竖向负荷两种力的作用，其中竖向性的负荷力主要是由梁板所传来的恒载和活载等所产生的重力作用，另外还包括一些地震发生时的竖向作用力以及建筑墙身的自重等；而水平性的负荷力则主要是一些地震发生时的水平作用力以及风力的荷载等。在进行剪力墙结构设计时，还需要对其内力以及变形实施有效的分析，内容主要包括了对正常使用中极限状态承以及载力的极限状态的分析等，在极限承载状态下的分析中，要求其剪力墙要完美适用于各种工况状态，保证结构的稳定安全；而在正常的使用中，还要求剪力墙结构发生的变形要在规定的标准范围内，在满足设计的要求基础上，剪力墙结构还要满足长期稳定的耐用性。剪力墙的墙肢长度和壁厚范围有着其显著的自身特点，若高度与墙段比的厚度小于等于 4 的话，要按照框架柱结构进行设计，若墙肢截面的高度和厚度比超过 8，就使用一般性的剪力墙，若墙肢截面的高度和厚度比于 4~8 间，就使用短肢的剪力墙类型，这也为剪力墙结构设计基本性原则。剪力墙的截面特点是墙肢的长度比厚度大的多，自身的平面内刚度、承载力比较好，平面外刚度、承载力比较小。剪力墙高、宽尺寸比较大，厚度小，受力形态和柱类似。剪力墙优点是侧向刚度比较大，受到水平荷载的作用，侧移比较小，楼盖应用的是平板结构，不设置梁，空间得到利用，层高得以节约。缺点是剪力墙间距受到限制，在布置建筑平面时，灵活性比较差，结构自身比较大，适合高层建筑。

二、建筑结构设计中剪力墙结构设计

1.在设计过程中，剪力墙的布置最好沿建筑主轴的方向或者其他的方向展开双向的设计，并在抗震设计中，尽可能地避免出现单向有墙的设计形式。具体的定位设计如下：第一在设计建筑的弧形、圆形或者正多边形的平面结构时，可以沿环向或者径向方位布置剪力墙。第二在对有些Y形平面或者i角形的平面进行结果设计时，则可沿着它自身的三个轴线方向进行剪力墙的布置。第三在设计一般的T形、L形或矩形等的平面结构时，通常是沿着其自身的两条轴线的方向对剪力墙进行设计。总之，剪力墙结构的平面设计应尽可能地本着对称、均匀的原则进行设计，并保证墙面结构的质量中心和刚度中心尽可能地完全重合，以便减少墙体出现扭矩现象。而对内外剪力墙进行设计时，则应遵循对直、拉通的设计原则。同时，还要保证剪力墙肢截面的规则性和简单性。建筑结构中的剪力墙结构必须具有延性，剪力墙结构的宽高比小于2时，剪力墙就会具有很好的延展性，容易弯曲破坏，从而使剪力墙免受脆性剪切的破坏。当剪力墙的长度过长，为了使每个长墙都可以均匀的成为独立的墙段，确保剪力墙的每个墙段的宽高比可以大于2，必须将长墙进行开洞分割处理，从而减小墙段因受弯而引起的裂缝的宽度，确保钢筋发挥良好的支撑作用。

2.当墙肢的长度大过8厘米时，整个楼层的力量大都是由这些过长的墙肢来支撑，当地震发生的时候，最先被破坏的就是这些过长的墙肢，那些偏小的墙肢因为配筋不足，不足以支撑墙肢，所以容易使墙肢全被受损。当墙肢长度大过8厘米的时候，需要具体情况具体分析如何开施工洞与计算洞。剪力墙结构中的连梁是连接墙肢与墙肢之间的梁。当剪力墙受到水平荷载的时候，墙肢可能会出现扭曲情况，连梁装置则能够均衡墙肢的水平负荷力，改善墙肢受力状态，对墙肢起到了一定的约束和稳定作用。可见，墙肢之间的连梁对整个剪力墙结构都具有重要作用，在剪力墙结构设计中是不可或缺的环节，一旦设计失误或是不合理，必然会对剪力墙结构的设计带来不良影响。所以，在进行连梁结构设计的时候，设计师应按照相关规定适当折减连梁结构刚度和高度，适当增加其跨度，从而降低结构刚度，完善抗震结构的设计，缓解地震作用的对剪力墙结构的影响。另外，为了进一步提高结构的承载力和抗震性能，设计师也可适当增加剪力墙结构厚度，增加连梁截面，使连梁装置的作用得到最大限度发挥。建筑结构中的剪力墙结构应该有合理的平面设置，结构设计过程中要以主轴为中心，向主轴方向和四周展开布置。布置剪力墙的平面时，要严格遵守对称与均匀的原则，使建筑墙的每一面的质量中心与刚度中心重合，对每一面墙都应尽力做対直拉通处理，减小剪力墙的扭曲程度。剪力墙结构的抗侧力刚度要控制好，不宜过大，为了充分发挥剪力墙的承载能力以及抗侧力，增大空间利用率，剪力墙间的密度不宜过大。我国建筑设计规范中已经明确了剪力墙结构设计所要求的性能及强度，使其在建筑工程项目施工过程中水平向和竖向的配筋率都要达到规定水平，即使是非非抗震设计和四级抗震设计也要保证配筋率要在0.20%以上水平，这样才能保障基本的抗震强度及自身所需的稳定性能。

3.注意对剪力墙约束边缘构件的处理剪力墙边缘构件虽然不起眼， 但是对建筑的影响很大。剪力墙的边缘构件一般分为两类，一种是约束边缘构件，另一种是无约束边缘构件，两种类型相比起来， 当无约束边缘矩形截面的极限承载力降低约百分之四十时，就会降低地震能量消耗，从而影响到房屋墙板的稳定性。 因此， 设计师在剪力墙构件的设计和选择中需要严格研究不同类型和等级剪力墙的相关轴压比，选择相应的边缘构件，减少在建筑过程中对剪力墙边缘构件的处理。设计师在对剪力墙结构进行设计时，一定要结合建筑工程实际的相关情况， 针对建筑结构中的要点进行设计，从而建造出更加优质的住房，满足人们对房屋审美的追求。根据国家相关规定《高规》, 给出了以下几种处理方法:一是抗震设计的剪力墙中连梁弯矩剪力可通过调整其塑形处理;二是适当减小连梁的截面高度; 三 是当连梁破坏影响竖向荷载不明显时, 可考虑在地震作用下放弃对该连梁的使用, 通过分析独立墙肢在二次多遇地震过程中的结构内力,墙肢配筋计算应按两次计算所得的较大内力进行。除此之外, 也可在容易超筋的部位, 按铰接处理连梁从而进行综合计算, 但此时应注意结构层位移比是否满足规范要求。

在剪力墙的结构设计中，应根据建筑的特点进行科学化分析，并能够通过施工人员的专业技术合理地应用到高层建筑的工程施工中来。根究研究，对剪力墙的施工特点及案例设计分析，做出了充分的了解，其能够为在高层建筑施工中，从而促进我国高层建筑事业的合理化稳步发展。

参考文献：

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［2］孙雪兰． 浅谈高层剪力墙结构的优化设计［J］． 山西建筑，2021，36( 24) : 58-59．

［3］梁柏． 在建筑结构设计中剪力墙结构的应用分析［J］． 中国房地产业，2019( 4) : 125-126．