建筑结构设计中剪力墙结构设计难点分析

建筑结构设计中剪力墙结构设计难点分析

郭玉娇

黑龙江省农垦建筑设计院 黑龙江省哈尔滨市 150036

【摘要】剪力墙结构和框架剪力墙结构是高层建筑中应用较为广泛的二种结构受力体系。剪力墙结构和框架剪力墙结构中的剪力墙设计对于建筑结构整体的稳定性具有至关重要的作用。一般情况下，设计师在对剪力墙结构进行设计时，应该结合自己的工作经验和相关建筑设计要求进行科学、规范的设计，合理把握剪力墙结构设计难点，使剪力墙结构设计更加具有可行性。
　　【关键词】建筑结构；结构设计；剪力墙；设计难点
　　随着我国科学技术和国民经济的发展进步和稳步提高，现代高层建筑正在朝着多元化的功能方向发展，人们对高层建筑结构设计也提出了更加严格的要求，普通框架已经不能满足实际的建设需要，为了提高建筑的安全性，并使建筑总高度不断突破，剪力墙结构及框架剪力墙结构被应用于建筑中，在对剪力墙结构进行设计时，需要对设计难点进行合理分析，从根本提高设计水平，使建筑质量可以满足实际的发展需要，使建筑质量不断提升。

1剪力墙结构概述
1.1关于剪力墙的内涵
　　剪力墙作为建筑结构中常用的一种构件，也被称为抗风墙、抗震墙或结构墙。剪力墙在建筑物中的科学应用，主要用来承接风荷载或当发生地震时，承载水平荷载。依据剪力墙洞口大小、数量多少、排列措施等要素，可划分为不同类型。一是整体墙，当门窗洞口面积的总和小于剪力墙面积的15%，且洞口边长尺寸小于洞口之间净距及孔洞和墙边之间的净距，则被称为整体墙。二是框支剪力墙，若建筑低层对空间的需求量略大，利用框架结构，承载上部剪力墙结构。在地震高发区域，设计人员在制定建筑结构设计方案时，不宜仅采用框支剪力墙结构。三是壁式框架，洞口尺寸偏大，连梁线刚度和墙肢线刚度相互贴近的墙体被称为壁式框架。
1.2运用剪力墙结构设计的准则
　　在建筑工程项目中，剪力墙的高度及宽度的尺寸略大，在受力情况和柱形体结构方面略微类似。为此，在开展剪力墙结构设计工作时，设计人员要以建筑结构的受力特点为基础，对剪力墙结构的高度、宽度、跨度等进行准确分析和测算，在综合考虑各要素之后确定最终比值。其次，在建筑工程实际施工中，从平面角度来说，剪力墙结构刚度极强，具备良好的承载能力，而在平面之外，刚度及承载能力有所降低。鉴于这一实际情况，设计人员在设计剪力墙结构时，常常不对剪力墙平面外的刚度及承载能力进行测算，而是针对剪力墙结构制定相应的防护措施，保障剪力墙结构的整体性能，避免剪力墙结构受外界因素的干扰，进而危及质量安全。
2剪力墙结构的优势
　　剪力墙结构是指用含有钢筋的混凝土板来代替传统的框架式梁柱，并对建筑的水平力起到一定的控制性作用，保证建筑的稳定性。剪力墙结构的优势有很多，包括以下几方面：第一，稳定性较高。剪力墙结构通常会使用含有钢筋的混凝土结构，与传统的框架式梁柱相比较，这种结构方式的整体性能较好，能够起到良好的支撑效果，对提高建筑的稳定性有着极强的作用。第二，经济性较强。由于剪力墙结构中会更多地使用到钢筋混凝土，因此，不需要填充更多的钢材料，降低了钢材料的使用量，节省了一定的成本，使得建筑企业的经济效益更好。第三，美观性较好。剪力墙结构的抗侧刚度较强，可以根据实际情况做出适当调节，因此，其应用的范围较为广泛，能够满足不同人们对建筑美观性的需求。第四，连续性较好。剪力墙结构除了要保证建筑的稳定性之外，还起到了一定的分隔作用，划分建筑的不同区域，因此，剪力墙结构在区分建筑不同区域的同时也起到了一定的连续性作用。
　3设计剪力墙结构的原则
3.1楼层最小剪力系数的调整原则
　　设计过程中，应遵循楼层之间剪力系数达到最小的原则。为保证建筑结构优异的抗震性能，出于结构安全的考虑，要确保建筑结构的楼层水平地震剪力大于楼层的最小地震剪力。在结构设计中，要考虑尽量减少剪力墙，尽可能增大设计房间的空间，使结构具有适宜的侧向刚度，综合考虑设计得到楼层最小剪力系数。此外，设计人员还需在设计中尽量减轻建筑物的重量，降低工程造价，同时优化建筑物的抗震能力。
　3.2楼层间位移调整原则
　　控制楼层间扭转变形以及剪切变形是结构设计过程中的重点。在建筑结构的设计过程中，应遵循楼层间最大位移与楼层高之比的原则，在优化调整的时候，需根据设计原则布置竖向构件，一旦构件布置不合理，会造成楼层间扭转变形加大，层间位移不满足的情况。高层建筑的结构设计原则为尽可能缩小扭转变形，不能盲目增加竖向构件。假如仅仅为某一方向层间位移不满足，可适当减少该方向结构构件刚度，使剪重比减少，达到比较好的结构优化。
　3.3连梁调整原则
　　连梁是在墙肢平面内，连接墙肢与墙肢的梁。虽然是梁，但连梁的跨度较小，而截面较大。在开展建筑设计工作的时候，应该遵循连梁跨高比调整原则。跨高比大于5的连梁通常发生弯曲破坏;而跨高比小于5的连梁则主要是剪切破坏。受弯破坏为延性破坏，剪切破坏较为危险，为竖向斜裂缝。采取相应措施，保证连梁具有一定的延性，控制好连梁的跨高比，根据实际情况调整连梁的距离，使得建筑既能满足抗震要求，又能节约工程成本。

4剪力墙结构设计在建筑结构设计的应用策略
4.1完善剪力墙设计方案
　　在建筑工程项目中，剪力墙结构具有保持平衡的作用。设计人员在制定剪力墙设计方案时，需要采取有效措施，彰显剪力墙结构的作用，在提升建筑工程质量的同时，有效降低建筑成本。为此，设计人员在設计剪力墙结构时，需要结合实际情况及建筑要求，科学运用现代化的技术手段，完善建筑结构规划，体现剪力墙结构的价值。此外，设计人员要关注工程成本，选择适宜的建筑施工材料，确保原材料符合剪力墙施工要求。在实际施工环节，相关工作人员要基于施工要求，调整长度偏长的剪力墙，并设置适宜的洞口，确保各剪力墙长度适宜、协调。
4.2准确定位剪力墙结构
　　在建筑工程项目中，为充分发挥剪力墙结构的优势，相关工作人员要完善剪力墙结构布局，围绕着平面结构布置及竖向结构布置开展设计工作。基于剪力墙平面结构开展设计工作时，设计人员需明确剪力墙结构的刚度中心及质量中心，并对剪力墙开展拉直处理。总的来说，在设计剪力墙结构时，不宜过于繁琐复杂，需要依据相关规范及原则，开展设计工作，确保剪力墙刚度适宜，符合建筑结构要求，以充分发挥剪力墙结构的作用。
4.3科学处理剪力墙内大墙肢
　　剪力墙结构自身具备诸多优势，设计人员在开展剪力墙结构设计工作时，需要充分考虑到剪力墙结构的延伸性。剪力墙结构的延伸性对整体结构性能具有密切联系。在一般情况下，设计剪力墙结构时，大部分设计人员会将其设计为高状结构，该墙体结构关系到整个墙体性能及质量。为此，设计人员要基于施工需求及实际条件，调整和优化设计方案，避免由于细节处理不到位影响整体质量。若墙段长度偏小，当经过受弯部位时，容易产生裂缝，而剪力墙质量优劣关系到整个墙体配筋的支撑力。鉴于这一情况，相关工作人员要结合实际情况，开展施工流动工作，在施工完成之后进行填充，以改变长墙形态。
　5结语：
　　随着经济的发展和都市的扩张，高层建筑也日益增多。基于抗震性能好、侧向刚度大、用钢量少、外形美观等优势，剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越普遍。优化和提升剪力墙结构，有助于提升建筑结构的稳定性，有助于降低施工成本，意义重大。
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