建筑结构设计中的剪力墙结构设计

建筑结构设计中的剪力墙结构设计

方正杰

杭州千城建筑设计集团股份有限公司   浙江杭州   310053

摘要：剪力墙结构是现代建筑结构设计中的关键结构类型，其利用钢筋混凝土取代传统建筑结构中的梁柱，依托钢筋混凝土板与混凝土墙面实现用力传递。在建筑遭受地震纵横波或强劲风力侵袭时，剪力墙可有效负荷各种负载造成的内力，提高建筑的整体安全性。因此，现代建筑结构设计中，应精准掌握剪力墙结构的分类与适用条件，科学沿用剪力墙结构设计的基本原则，并合理、有效地将剪力墙结构应用在建筑结构设计中，切实降低建筑结构施工成本，提高建筑结构的稳定性与安全性。

关键词：建筑结构设计；剪力墙；结构设计

一、剪力墙结构的优势

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.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。

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,因此设计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。

二、剪力墙结构在装配式建筑结构中的设计原则
　　1.最大位移与层高比调整
　　在剪力墙结构的设计中，要科学地处理剪力、变形等问题，以防止各楼层间产生大的位移。在此基础上，在进行高层建筑结构设计时，应充分考虑到各层层间的最大位移及各层层高的比例调整，以确保整体设计工作达到整体的要求，确保设计目的的科学化，并提高其应用效果，为今后的装配式建筑设计工作提供强有力的支撑。
　　2.连梁超限调整
　　为了使剪力墙结构设计工作能够实现预期的标准效果，使其能够满足实际施工的要求及可靠性要求，设计人员需要充分考虑连梁的超限调节原则，并强化剪力墙的连梁跨比控制，既保证剪力墙结构的最大弯矩，又能保证剪力墙结构的剪力在合理的范围内。同时，为了确保剪力墙结构的设计效果，必须充分考虑工程造价，同时调整连梁的跨比、高度，提高剪力墙结构设计在装配式建筑中的实际应用价值。

3.调整最小剪力系数

剪力墙结构虽然可以提高建筑的稳固性与抗震性，提高建筑的使用安全性，但剪力墙采用钢筋混凝土浇筑而成，其自重较大，使建筑物的重量也相应增加。在设计与使用剪力墙结构时，应全面统筹、综合权衡、科学设计。例如，在墙体受力设计时应充分考虑水平压力与剪力以及剪力墙的竖直重力，以便剪力墙建立良好的应力作用。剪力墙结构设计应注重对最小剪力系数的调整与优化，从建筑物自身重量以及建筑物抗震性能两个方面确定最小剪力系数，以有限的剪力墙数量提高剪力墙的侧向刚度。同时合理减轻建筑物的自重，减少钢筋混凝土等施工材料的使用，降低剪力墙结构施工成本。

三、剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

1.定位剪力墙结构

剪力墙结构是建筑结构设计中的重要构成，考虑到剪力墙结构的几何特征、受力特征等对空间布局的限制，需科学、合理地根据建筑现场空间布局定位剪力墙结构。

首先，按照剪力墙结构设计简单与方便的原则，对剪力墙的平面结构进行

布置与设计，通过模拟与测算分析剪力墙的质量中心与刚度中心，并根据上述中心的定位分析出剪力墙的结构与实际性能，确保同一平面上的剪力墙具有较高的刚度与稳固性能，提高同一平面中剪力墙的载荷能力。

其次，根据建筑所在地的地形地貌、地质条件、气候条件等自然环境因素合理设计剪力墙结构所受外力，充分了解建筑荷载并调整剪力墙的最小剪力系数。如果剪力墙的平面结构不规则，设计人员应在剪力墙结构设计方案中合理设置温度伸缩缝，增强剪力墙的抗扭效果。最后，考虑到墙体本身的自重以及地震纵波等对外力因素的影响，应对剪力墙的垂直受力构件进行科学设计，可在剪力墙转换梁上壁与中柱等部位设置门洞，以免构件在转换传力过程中无法有效传递上部荷载以及下部的振动波，造成剪力墙结构稳固性不足。

2.大墙肢的处理

剪力墙结构具有一定的延展性，可以通过良好的墙体延展性提高剪力墙的抗震性能，这是剪力墙结构区别于框架结构与混合结构的重要优势。在剪力墙结构应用过程中，设计人员应充分发挥剪力墙结构的延展性优势，对剪力墙的肢体与柱形进行模型模拟与优化设计，通过调整肢体长度与厚度之间的比值提高剪力墙的刚度与性能。

尤其在城市的高层建筑中，如果肢体长度与厚度的比值设计不合理，将会导致高层建筑在受力作用下出现不同程度的偏移，影响高层建筑结构的稳固性。因此，在剪力墙结构设计时，应利用模型模拟不同参数下的剪力墙结构以及相应的墙肢承载力，选择最优的剪力墙结构参数，以提高剪力墙的刚度与性能。同时，在具体施工时，也可通过留洞测试对剪力墙的负载能力进行测试，并根据测试结果对留洞进行适当填充，有效处理剪力墙的大墙肢。

3.墙体配筋的控制

剪力墙结构利用钢筋混凝土取代传统建筑结构中的梁柱，依托钢筋混凝土板与混凝土墙面实现用力传递。配筋是剪力墙结构中的重要构成，剪力墙的配筋不仅会影响墙体的承载力、稳固性以及建筑的安全性，还会影响剪力墙的施工成本与经济效益。因此，在设计墙体配筋时，应综合考量剪力墙的支撑力、刚度、强度、稳固性等性能，科学设计配筋率，尽可能降低剪力墙结构施工的实际成本，切实保障剪力墙的稳定性与施工企业的经济效益。

4.边缘构件的确定

边缘构件是剪力墙结构中特有的构件，其设置在剪力墙的边缘部位，用于改善剪力墙的受力性能，提高剪力墙的稳固性。边缘构件主要包括有约束与无约束两种，无约束边缘构件应用到剪力墙结构可以使建筑的承载力更具优势，但剪力墙结构的稳固性与抗震性能却有所不足。根据实验分析，无约束边缘构件会导致剪力墙的楼梯间位移角度出现偏差，使得其抗震性能仅为有约束边缘构件的80%，极限承载力仅为有约束边缘构件的60%。因此，在设计剪力墙结构时，应综合考虑剪力墙的轴压比大小与等级，根据建筑结构设计的要求确定适宜的边缘构件，有效兼顾建筑结构的抗震性能与承载力。

结束语

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

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