剪力墙结构设计在建筑设计中的应用

2019-03-20韩保江

工程建设与设计 2019年6期

关键词：墙肢连梁剪力墙

韩保江

（青海省建筑勘察设计研究院有限公司，西宁810001）

1 引言

剪力墙结构在建筑工程中的应用非常普遍，因为剪力墙结构可以很好地优化建筑工程整体的结构性，为此，设计人员应严格按照相关标准和要求进行剪力墙结构的设计，不断提高建筑工程的质量。

2 剪力墙结构的分类和设计原则

2.1 剪力墙结构的分类

在进行剪力墙结构设计时，可以结合墙体是否需要开洞以及需要开洞的尺寸将剪力墙分成4个类型，分别是整体墙、小开口整体墙、连肢墙以及壁式框架。（1）整体墙是指进行剪力墙结构设计时不需要进行开洞的墙体，或墙体开洞面积小于整个墙体面积的15%的墙体。（2）小开口整体墙是指墙体开洞面积大于整体墙总面积的15%，但是洞口依然是比较小的墙体[1]。（3）连肢墙是剪力墙上开有一列或多列洞口，且洞口尺寸相对较大，此时剪力墙的受力通过洞口之间的连梁连在一起的一系列墙肢承受，故称连肢墙。连肢墙的墙体开洞数量较多而且面积较大，因为墙体的洞口多且面积多，直接破坏了整个墙体的承载力，因此，为了避免墙体出现变形进而造成质量以及安全问题，需要通过一系列的连梁约束墙巩固连肢墙的质量。（4）壁式框架剪力墙的洞口尺寸比较大，而洞口上的连梁线刚度已经接近或大于洞口侧边墙体的线刚度时，剪力墙的受力性能就发生改变，非常接近框架的受力性能，在进行壁式框架设计过程中，能够在弯矩图上看到明显的反弯点和突变。

2.2 剪力墙结构设计原则

进行建筑剪力墙结构设计时，应遵循4个基本原则：（1）设计计算过程中，要整体考虑剪力墙竖直和水平方向的结果，考虑不同方向上剪力墙的受力情况，在得知内力的情况下，要结合剪力墙的偏拉情况以及偏拉对剪力墙和界面和主界面造成的施力情况进行分析验算。（2）剪力墙和平面外的梁进行衔接时，容易导致墙体向平面产生外弯矩，因此，进行剪力墙结构设计时，要避免和墙外的平面梁相互连接。（3）剪力墙结构是一个平面结构，需要承受竖直方向的压力，因此，进行剪力墙结构设计时，要保证墙体结构对外力的承受能力以及墙体的刚度。（4）由于剪力墙的尺寸比较大，而且厚度比较薄时，为了保证剪力墙的受力合理，当剪力墙的长厚比在3～5时，应将墙体设计成异形柱形状；当长厚比小于3时，要将墙体设计成柱形[2]。

3 剪力墙结构设计的重点

3.1 选择科学的设计方法

为了更好地保证建筑工程中剪力墙结构设计的合理性，在设计过程中，需要掌握几个设计重点：设计人员要选择科学的设计方法，从而更好地保证施工方案的合理性。在设计过程中，由于剪力墙的延展性较高，因此，要将剪力墙的形状设计为宽细状，而且剪力墙的高度不能小于墙体的宽度。为了更好地保证设计的准确性，在设计过程中，设计人员应借助计算机技术进行准确的数据计算，从而更好地保证剪力墙的安全性和稳定性。

3.2 选择合理的布局结构

要保证剪力墙结构设计的合理性，在设计过程中，设计人员要选择合理的布局结构，并且尽量采用对称结构方式，以更好地提高剪力墙的抗震能力。要将剪力墙设计成对称形式，设计人员需要使墙体的刚度中心和质量中心重叠，而且进行结构布置时，要减少对单项形式的采用，进而更好地提高墙体的抗震性能。

3.3 合理处理剪力墙的延伸性

由于剪力墙具有一定的延伸性，进行建筑工程剪力墙结构设计时，要对延伸性进行合理的处理，一般情况下，设计人员首先要保证剪力墙具有较好的延伸性，以保证墙体的整体性能。其次，为了避免墙体结构受到破坏，要保证墙体的承载力满足相关规定，而且可以通过选用对称或前后连贯的方式提高墙体的承载力，以更好地保证墙体设计的合理性。

4 剪力墙结构设计在建筑过程中的应用优化

4.1 注重把握剪力墙的尺寸和外形

要加强剪力墙结构设计在建筑过程中的应用，进行剪力墙结构设计时，首先要注重把握剪力墙的尺寸和外形，从而实现剪力墙结构比例的优化。由于剪力墙在竖直方向和水平方向的刚度和荷载不同，墙体的截面高度必须大于墙体厚度的8倍才能保证墙体的基本承载力。为了更好地保证剪力墙结构的稳定性，进行剪力墙结构设计时，应将墙体设计为T形或L形，不仅可以减轻墙体质量，还能有效提升墙体的侧向刚度，从而更好地进行建筑工程项目的成本控制。

4.2 加强对剪力墙连梁设计的优化

为了更好地提高建筑工程剪力墙结构设计的质量，在设计过程中，设计人员要注重对剪力墙连梁设计的优化，连梁主要用于连接墙肢，当墙肢由于外力的影响而出现变形或超筋的问题时，会直接影响建筑工程的质量，进而威胁人们的人身安全，因此，加强对剪力墙连梁设计的优化非常重要。（1）进行连梁设计时，要结合建筑工程实际情况适当地降低连梁高度，避免由于高度超标而导致变形现象的发生；（2）要加强对结构塑性的控制，设计人员要加强对剪力墙连梁的抗震设计；（3）为了避免剪力墙出现超荷载现象，进行连梁受力计算时，要进行多次反复计算，保证连梁受力分析的准确性。一旦出现剪力墙超筋情况，施工人员要及时采取措施，严格控制剪力墙的受力，选用铰接的方法进行处理。

4.3 加强对剪力墙大墙肢的优化

要提高建筑工程中剪力墙结构设计的合理性，设计人员要加强对剪力墙大墙肢的优化，保证剪力墙具有良好的延展性。一般情况下，剪力墙的宽高比要小于2。另外，要降低剪力墙的剪切破坏程度，需要保证墙体具有足够的高度，在施工过程中，可以对墙体进行分段施工，通过开洞技术将墙体分成多个独立的小墙段，从而更好地减少墙体在弯曲过程中所出现的裂缝。但是当剪力墙的高度超过8m且发生地震时，墙体就容易受到巨大的剪力作用，容易造成大墙体的损伤，对此，可以采用施工洞的方式进行处理，工程完工后，在用混凝土填补施工洞。

4.4 加强对剪力墙边缘构件的优化

进行建筑工程剪力墙结构设计时，设计人员还需要加强对剪力墙边缘构件的优化，在设计过程中，可以采用2种方法进行优化，分别是约束构造边缘构件和约束边缘构造，设计方法虽然有所不同，但是最终都能有效保证墙体边缘构件的合理性。进行边缘构件优化时，设计人员需要结合相关施工规范明确剪力墙的墙肢长度，进行边缘构件优化主要是针对剪力墙中的翼墙、暗柱以及端柱进行的，因此，在施工过程中，施工人员可以适当增加端柱和暗柱的截面尺寸以及配筋数量，从而更好地保证剪力墙的质量。