建筑结构设计中剪力墙结构设计难点探讨

建筑结构设计中剪力墙结构设计难点探讨

王德胜

532722198801120212  邮编：650000

摘要：本文主要简单介绍了建筑结构设计中剪力墙结构的相关内容，分析了建筑结构设计中剪力墙结构设计要点，探讨了优化剪力桥梁结构设计的有效措施，旨在加强对剪力墙结构设计的研究，转变传统的剪力墙结构设计理念，充分发挥剪力墙结构的优势，根据实际情况来不断的的优化设计剪力墙结构，提高剪力墙结构的稳定性，保障建筑结构安全，从而推动建筑工程建设的可持续发展。

关键词：建筑结构；剪力墙结构；有效措施；设计要点

近年来，随着我国社会经济的高速发展，建筑工程也随之蓬勃发展，建筑工程项目数量逐渐增加，项目规模不断地扩大，无论是高层建筑，还是城市综合商业体、车库的建设，都成为当下不可或缺的建筑工程施工项目，必须予以高度重视，不容忽视。新时期下人们对建筑空间的使用率提出了更高要求，为满足这一要求在建筑结构设计过程中，剪力墙结构被广泛应用，取得了不错的应用效果。但剪力墙结构设计还有待于进一步提升，需深入研究剪力墙结构特点和设计要求，准确理解剪力墙概念，不断地优化剪力墙结构设计方案，以提高剪力墙结构设计水平，改善当前建筑结构设计模式，实现建筑结构设计效益最大化。

一、建筑结构设计中剪力墙结构的相关内容

（一）剪力墙结构概念和分类

剪力墙也被称之为抗震强，通常采用钢筋混凝土材料来进行施工，能够较好承受风荷载、地震作用引起的横向和竖向荷载，可有效避免结构剪切破坏。建筑结构设计中，剪力墙结构是其中重要的结构形式，具有较高的应用价值。现如今的高层建筑墙体结构设计中，并没有完全使用剪力墙结构，这是因为剪力墙结构的施工成本相对来说较高一些，施工流程较为复杂，而且不合理的剪力墙结构设计，会影响建筑结构设计质量，并不利于延长建筑工程的使用寿命。在设计剪力墙结构的时候需要把控好建筑墙肢截面高度和厚度的比值。在部分建筑结构设计中需要运用到剪力墙时，则需要设置必然筒体，抗震设计的时候要先进行科学分析，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩，应当控制在构造总底部地震倾覆力矩的百分之五十以下。墙相对较少的时候，则需要将其控制在百分之十五至百分之四十范围内，以便于科学设计剪力墙结构的下限标准[1]。

从剪力墙是否开洞及其大小方面来看，可以将剪力墙分为以下几种类别：第一种是实体墙。这类墙体可以是没开洞的墙体，也可以是开洞面积小于百分之十五的墙体。其呈现出曲型变形，从整体上来看仿佛是一个悬臂墙，墙肢高度上弯矩图不会突变，不存在弯点；第二种是整体小开口剪力墙。这里剪力墙的开洞面积在百分之十五以上，但是相对来说开口较小，其呈现出弯曲型变形，墙肢高度无反弯点存在，弯矩图主要位置存在突变状况；第三类是双肢或多肢剪力墙。这类剪力墙的开口面积相对来说比较大，部分情况下洞口呈现出成列分布现象。与整体小开口剪力墙在开口面积上有所不同，但受力特点相似；第四类是壁式框架。这类剪力墙的开洞洞口尺寸相对来说比较大，连梁线刚度接近于墙肢线刚度，呈现出剪切型变形，类似于框架结构的受力特点。如若在高层建筑楼层中应用，则容易出现反弯点，弯矩图会发生突变。

（二）剪力墙结构应用优缺点

在建筑结构上设计中应用剪力墙具有一定的优势，主要体现于能够减少钢材的使用量，可在保障建筑结构质量的前提下降低工程造价成本。剪力墙结构自身有着较好的整体性，刚度较高，可承受不同类型的荷载，尤其是水平荷载。在高层建筑工程施工中应用剪力墙结构，有利于结合建筑物内部分隔墙和承重墙，进一步拓展建筑物内部空间，提高空间使用率，不仅能够保障建筑结构的稳定性，还提升了建筑物的美观性。但同时剪力墙结构也有自身的不足，主要体现在以下几个方面：一是相较于框架结构来说，剪力墙的自身重量更大，这也会增加一定的成本[2]。在遇到地震灾害的时候，剪力墙结构所产生的地震反应比框架结构大；二是虽然剪力墙结构有着不错的刚度，可抵抗建筑结构不同方向上的荷载，避免出现变形，但需要进一步强化建筑工程的上部结构、下部结构，这也会增加一定的建筑工程成本；三是钢筋配筋率偏低，虽然节约了钢材，但同时也会对建筑结构的延性造成一定的额影响，难以充分发挥剪力墙肢的承载能力。

（三）剪力墙布置原则

在布置剪力墙结构的时候，应当遵循以下原则：首先，遵循双向或多向布置原则。设计剪力墙结构的时候，最好是进行多向或是双向布置，沿着主轴方向来设计。如果建筑结构中剪力墙的方向存在一定的差别，那么尽量将各个剪力墙连接在一起，防止出现对直、拉通现象，影响建筑结构的整体稳定性。设计剪力墙抗震性的时候，需降低侧向刚度，简化墙肢结构，并严格按照相关规定标准来执行各项操作。在剪力墙结构设计过程中，相关人员要注意的是如若采用的是双向设计或多项设计，则一定要沿着主轴方向设计，不可存在单方向墙体[3]。

其次，要遵循简单原则，剪力墙结构的设计不可过于密集。在设计剪力墙结构的时候

，竖直方向需要进行连续性布置，并遵循自上而下原则，以免剪力墙结构应用中出现突变状况。剪力墙肢截面设计要遵循简单化原则，要保证剪力墙竖直方向刚度的均匀性，需于剪力墙洞口、门窗等位置形成墙肢和连接梁，旨在提高剪力墙结构的稳定性。布置剪力墙的时候不可过于密集，侧向上剪力墙结构刚度要达标，符合建筑结构设计需求。如果剪力墙结构侧向刚度过大，那么建筑墙体整体重力也会过大，一旦出现地震，很容易致使建筑物坍塌，造成严重后果。

最后，要遵循成列布置原则。设计剪力墙结构的时候，洞口、门窗设计要上下对齐，尽量成列布置。不可应用叠合的错墙洞，以免影响剪力墙结构的承载能力，致使剪力墙结构变形。

二、建筑结构设计中剪力墙结构设计要点

（一）合理布置剪力墙结构

在进行剪力墙结构设计的时候，需要遵循一定的剪力墙结构布置原则，可沿着主轴方向进行简单的双向布置或是多向布置，但要注意的是两个方向上的剪力墙侧向高度不可有较大的距离。设计剪力墙抗震性的时候，不可只是单项布置剪力墙。剪力墙布置对其自身构造抗侧刚度有着较大的影响，应当进行均匀布置，可充分利用现代科学技术来进行优化设计，通过合理分析剪力墙的构造和受力特征，来计算出适宜的参数，制定完善的剪力墙结构布置方案。例如，在设计填充墙的时候，必须达到规定的设计标准，根据实际情况来适当增加构造柱、圈梁，以有效应对地震灾害，为居民安全逃生奠定基础。同时，电梯井、楼梯井等部位可以采用剪力墙结构。竖向布置剪力墙的过程中，需采取有效措施来改变材料轻度对楼层建设的影响[4]。

（二）科学选取剪力墙结构厚度、长度

在设计剪力墙结构的时候，应当科学选取剪力墙结构的厚度和长度。从剪力墙结构厚度方面来说，要严格按照抗震规范来进行标准化设计，为满足一级、二级抗震等级标准，剪力墙底部增强墙厚应当在两百毫米以上，需高于六层高度的十六分之一，其他位置则要控制在一百六十毫米以上。如果在特殊建筑物中使用剪力墙结构，则可实施概念设计，把控好墙肢轴压比值，保证剪力墙整体的连结性，确保墙厚符合设计要求。从墙肢的长度方面来说，一般情况下剪力墙墙肢长度需短于八米，必须确保剪力墙结构延性达到设计标准，同时还要根据实际情况来设计延性剪力墙，以免剪力墙出现脆性剪切破坏。如果部分墙体长度远超过剪力墙最佳长度范围，那么则要在保证墙体高宽比值的前提下，平均划分长墙，使之变为长度相对来说小一些的连肢墙，洞口部位尽量使用弱连梁，其限制弯矩偏小一些[5]。

（三）优化设计连梁结构

连梁的作用在于连接墙肢。剪力墙在受到水平作用之后会出现一定的弯曲，其会为了使墙肢保持稳定而改变墙体受力状态，同时也会对墙肢进行一定的限制。基于此，在设计剪力墙结构的时候，必须重视连梁设计，保证连梁设计的合理性，否则一旦设计失误便会给建筑物结构带来严重的不利影响。设计连梁的时候要根据实际情况来增加连梁跨度，减小连梁刚度，降低连梁高度。

（四）科学分析墙体配筋设计

在进行剪力墙结构设计的时候，应当科学分析墙体配筋设计。为避免墙体在受到横向抗剪力后出现斜裂缝，引发脆性剪切破坏，则需要布设墙的水平分布筋，这还有利于提高温度应力的抵抗力，防止混凝土产生裂缝。如若建筑物相对来说比较高、长，那么在设计框剪结构的时候，要根据实际情况来适当增加配筋，特别是连梁位置的配筋以及一些对于温度、刚度变化较为敏感的位置。墙的竖向钢筋布置能够起到抗弯作用，但是在实际设计过程中需要把控好配筋率。墙肢部位的配筋也要遵循相关原则，不可过多，以免抗剪强度小于墙的抗弯强度，降低了剪力墙结构的抗震效果[6]。

（五）遵循剪力墙结构设计计算原则

在进行剪力墙结构设计的时候，需要严格按照相关规范标准来进行合理设计，需从技术层面上规范设计方案，做好计算工作。首先，要遵循楼层之间最小剪力系数的调整原则。建筑结构设计中要合理把控剪力墙的数量，不可过多，否则会导致墙体整体重量过大，影响建筑物的抗震性。但这有一个前提，即短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩，不可超过结构总底部地震倾覆力矩的百分之四十。可在实际应用中设计大开门剪力墙，保持较好的侧向刚度，使每一个楼层的最小剪力系数都满足于规定限制范围，可在一定程度上减少施工成本；其次，遵循楼层层间最大位移与层高之比的调整原则。普通建筑在进行结构设计的时候，应当考虑楼层和楼层之间的变形，主要有两种变形类型，一种是剪切变形，另一种是扭转变形。剪切变形和竖向构件数量有关，如若构建数量较多，那么剪重比则较大，一旦设计出现问题，便会造成较大的扭转变形，无法满足楼层间的位移需求[7]；最后，遵循剪力墙连梁超限的调整原则。在设计连梁剪力墙跨高比的时候，需高于2.5，否则容易导致剪力不符合设计要求。不同跨高比的连梁设计，会呈现出不同的剪力值和弯矩值，可通过对其进行调整来满足实际设计需求。

三、优化剪力墙结构设计的有效措施

为优化剪力墙结构设计，应当做到以下几点

：一是要转变传统的剪力墙结构设计理念，采取先进的计算方法。先进的设计理念能够为剪力墙结构设计提供思想上和理论上的保障，有利于保障剪力墙的延性。在设计剪力墙的时候，尽量选择高细型剪力墙，其长度不可过长，否则容易导致剪力墙过脆，难以保证剪力墙的抗震能力。基于此，在实际设计过程中需要通过精确的计算，来选择适宜的剪力墙形式，确定其高度，从多方面来进行综合考虑。应当引入现代计算机信息技术，而不只是依赖于人工计算，。在进行人工计算机和计算机计算之后，还需要在实际施工前开展结构试验，以确保计算结果的准确性，以免出现较大误差，导致返工。例如，在设计剪力墙边缘构件的时候，所得出的计算机结果在实际试验中可能并不相同，未能起到提高剪力墙的延性。那么就需要重新考虑计算机结果是否被采用。

二是要保障建筑物的整体性能。在优化设计剪力墙结构的时候，必须重视剪力墙的抗震性能。在设计建筑整体结构的时候不可对剪力墙结构造成过大的压力，需遵循简单设计原则，根据实际情况来确定剪力墙的受力大小、受力方向，避免地震发生时局部压力过大，降低剪力墙结构的抗震能力。同时，还要进一步加固剪力墙结构的薄弱部位，设计人员可结合自身工作经验来预测建筑的整体性能，然后进一步优化结构设计方案，采取有效的技术措施来强化剪力墙结构的抗震性。

三是要优化设计基础方案和承重构件。设计人员应当深入到施工现场进行全面勘查，及时发现施工中存在的问题，并采取针对性措施来加以解决。所设计的基础方案应当与施工现场环境、地质条件相符，满足于技术指标要求，不脱离实际。选择承重结构的时候，同样也要符合施工实际需求，以保证建筑结构的稳定性。

结束语

总而言之，在建筑结构设计过程中，应当重视剪力墙结构设计，需从多方面来进行优化，遵循相关的设计原则，从而提高剪力墙结构的抗震能力和安全性。

参考文献：

[1]游榕华. 建筑结构设计中剪力墙结构设计应用[J]. 居舍,2022,(28):81-84.

[2]王娟. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[J]. 大众标准化,2022,(12):46-48.

[3]周光禹,张鑫,高蕉. 建筑结构设计中剪力墙结构设计研究[J]. 中国建筑装饰装修,2022,(09):108-110.

[4]苏勒德. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略[J]. 科学技术创新,2021,(25):107-108.

[5]袁硕. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略分析[J]. 低碳世界,2021,11(06):170-171.

[6]吴树明. 建筑结构设计中剪力墙结构的设计理念[J]. 工程建设与设计,2021,(10):33-35.

[7]马丽. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[J]. 绿色环保建材,2021,(05):49-50.