分析建筑结构设计中的剪力墙结构设计

分析建筑结构设计中的剪力墙结构设计

第一作者：黄曾  ,第二作者：黄艳平

筑博设计股份有限公司武汉分公司

中国建筑东北设计研究院有限公司武汉分公司

摘    要：随着城镇化的进一步推进,建筑行业也得到了较好的发展机会,而在土地资源相对稀缺的城市,住宅建筑有效使用空间面积最大,使用效率最高,其是现代房地产建筑的主流产品。但是,住宅建筑尤其是高层住宅建筑,其对安全性、稳定性等的要求更高。在这种情况下,剪力墙结构因具备灵活度高、刚度大、稳定性和抗震性好、实用性强、美观度高等特点,逐渐成为当代建筑结构的首选。另外,剪力墙结构设计也成为建筑结构设计中不可或缺的重要内容之一。做好剪力墙结构设计,进一步优化设计方案,是提高建筑结构的安全性、美观性和经济性的关键。

关键词：建筑结构；设计；剪力墙；结构设计

在建筑工程行业，剪力墙结构设计是建筑结构主体设计中非常重要的一项内容。剪力墙结构类型多样，适用于不同的建筑工程，其普遍具有较强的抗风、抗震性能。基于此，本文简要阐述了剪力墙结构的分类，而后分析了剪力墙结构的优势和设计原则，并在此基础上指出了剪力墙结构设计要点，以期为相关人员提供参考。

1 剪力墙结构的分类

1.1 壁式框架剪力墙

壁式框架剪力墙在受力表现上与框架结构相似,但剪力墙的洞口较大,墙肢刚度较弱,连梁强度较强。由于壁式框架剪力墙的梁柱厚度较小,所以其安装更加灵活,既支持单独设置,也支持与其他墙体结合设置。目前,该类剪力墙是我国剪力墙结构设计中应用最为广泛的类型之一。

1.2 整体剪力墙

整体剪力墙是建筑结构的主体结构,所以在具体的设计方案中,墙面大多没有洞口,其功能与传统悬臂结构的功能相似。

1.3 联肢墙

联肢墙是由很多梁连接起来以有效增强承重性能的剪力墙。联肢墙的特点是洞口多、洞口尺寸较大等。在受力表现上,连接梁和墙肢是最主要的受力点,二者发挥着重要的支撑作用。此外,在大部分楼层中,墙肢没有反弯点,因而具有很强的稳定性。

2 剪力墙结构的优势

2.1 承载性能好

剪力墙结构具有灵活性,并且刚度较大,其在结构受力上不仅具有较强的竖向承载能力,还可以有效承担外部的承载压力。剪力墙结构的水平承载能力和抗剪性能较强,极大地增强了建筑物的稳定性,降低了建筑物受损的概率,这也是剪力墙结构最显著的优点。

2.2 经济性高

剪力墙结构的施工方式大多为混凝土浇筑,这种施工方式能够保证建筑结构的稳定性、实用性和美观性,减少钢材等原材料的使用量,降低建筑成本,故其具有较高的经济性。

2.3 抗震性能佳

由于上部结构在整个高层建筑结构中占据很大的比重,加上高层建筑的高度普遍较高,因此其需要承担巨大的风力、地震力等外力。在这种情况下,设计人员必须选用具有良好抗震性能的结构。由于剪力墙结构具有布置灵活等优点,因此施工单位可通过调整墙长来合理调整地震力的分布,以避免受力不均匀而引发扭转等问题。同时,钢筋混凝土墙体加梁的组合方式能够进一步增强其抗震性能,有利于保证建筑结构的协调性。

3 剪力墙结构设计的原则

3.1 拉通对直原则

设计人员应保证各个楼层的门窗和洞口均为垂直方向且保持对直状态。对此,设计人员应当以轴线为中心,将剪力墙结构拉通对直,同时优化剪力墙结构设计,避免重叠、错洞等问题的发生,从而提高建筑结构的稳定性。

3.2 纵横布置原则

剪力墙结构按照方向可分为纵向结构和横向结构。在剪力墙结构设计过程中,无论是对纵向结构还是对横向结构,设计人员都需要进行合理布置,并保证二者的抗侧刚度、自振周期相同,从而提高剪力墙结构的抗侧刚度。

3.3 竖向贯穿原则

设计人员应注意剪力墙结构是否贯穿于整个建筑结构中,同时明确贯穿方向是否垂直。在采取竖向贯穿的方式时,为增强剪力墙结构的稳定性,设计人员可通过提高构件的单位刚度来进一步提高剪力墙结构的抗侧刚度。需要注意的是,如果剪力墙的竖向结构发生变化,那么整个墙体的厚度也会发生变化,并且直接影响墙体刚度以及整个建筑的稳定性。

4 剪力墙结构设计要点

4.1 整体布局环节

整体布局是剪力墙结构设计的关键环节之一，也是剪力墙建筑设计流畅推进的基础，对于后续设计工作具有重要的奠基作用。在实际工程中，设计师必须清晰明确剪力墙结构的总体布局，同时兼顾建筑结构整体匹配性，为制定合适的剪力墙结构做好充足准备。此外，设计师还需要决定洞口、墙壁以及其它关键区域的位置与大小，以便形成一个完整的剪力墙系统，确立整体设计思路。此外，剪力墙结构设计需要兼顾施工现场的水文地质等自然条件以及周边环境，确保整体布局协调，并且同时满足建筑结构要求。设计人员在进行整体布局时，需要特别注意水平和垂直方向的配筋率，不得低于2.5%。否则，设计方案的合理性将受到不利影响，甚至会为后续施工埋下安全隐患。

4.2 材料选择环节

材料的选择直接影响着剪力墙结构设计方案的效果。一般而言,剪力墙结构大多为钢筋混凝土结构,为了保证剪力墙结构的安全性和经济性,设计人员必须选用质量最佳的材料。（1）在选择钢筋材料时,设计人员不仅要考虑钢筋的韧性、刚度等情况,还要考虑剪力墙结构的类型。钢筋材料大多沿剪力墙结构的水平和垂直方向布置,其中,水平方向的钢筋大多位于外侧、垂直方向的钢筋大多位于内侧。所以,设计人员应适当增加墙体的厚度,并合理控制钢筋的数量和布置方向,从而保证钢筋受力均匀。通常,水平和垂直方向的配筋率均不得小于2.5%,部分框肢剪力墙的底部配筋率不得低于0.3%。（2）在选择混凝土材料时,设计人员需要充分考虑施工现场的地质情况,以便合理调整混凝土的强度。钢筋和混凝土材料选定后,设计人员还需要对这些材料进行优化处理,从而保证其质量。理论上,混凝土的强度等级决定了剪力墙的承载能力,虽然高强度的混凝土可以有效减少钢筋材料的使用量,但从经济效益的角度看,这种做法的实际意义并不大。对此,设计人员可以通过提高水泥的等级、降低水灰比等方式来提高混凝土的强度等级。

4.3 参数确认

宽度、长度、厚度等参数的确定是形成完整的剪力墙结构的基础,同时这些参数也决定了剪力墙结构的质量。因此,设计人员需要在遵循相关设计原则的基础上,以及保证剪力墙结构能够正常使用的前提下,根据剪力墙结构的类型来明确以上三个参数的具体数值。只有各个参数符合建筑结构规范要求,才能有效增强剪力墙结构的整体性能。为了提升剪力墙的美学表现，设计人员应从美学角度出发，对各个参数进行调整，以增强墙面分布的匀称性和整体美观性，且需保证基本性能。此外，剪力墙的宽度、厚度和长度应灵活调整，以满足地震等级系数的要求。如果剪力墙的宽度、厚度和长度不均匀，设计人员则需使用L形剪力墙以代替一字形剪力墙，以保证剪力墙结构的抗震性能不受影响。

5 结语

总而言之,剪力墙结构设计是建筑结构设计中非常重要的内容。凭借布置灵活、刚度高、稳定性强等优点,剪力墙结构广泛地应用于建筑结构设计中。而只有科学合理地制订剪力墙结构设计方案,才能真正提高建筑尤其是高层建筑的抗震、抗腐蚀等性能。所以,提高对剪力墙结构设计方案的重视程度有利于促进建筑行业的稳定发展。

参考文献

[1]王焱.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城镇建设.2020,(3).

[2]马毅,许诏君.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用价值[J].建筑·建材·装饰.2019,(21).