剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用

2020-11-25闫帅

建材发展导向 2020年19期

闫帅

（山西中方森特建筑工程设计研究院，山西太原 030006）

现阶段，我国建筑结构设计中十分重视结构的抗震性能，为优化结构的抗震性，剪力墙结构设计成为人们关注的焦点。剪力墙结构设计能够为人们打造安全舒适的生活环境，避免建筑结构出现位移和变形等问题。设计单位应采取多种措施增大结构的刚度，以此提升建筑结构设计水平。而剪力墙结构设计可充分满足上述要求，故而受到了业内的高度青睐。

1 剪力墙结构设计

剪力墙结构设计是对传统框架式结构的一种变革，其利用含有钢筋的混凝土板替代原有的框架式结构柱梁，提高建筑结构的稳固性，保证建筑结构受力的均匀性。剪力墙结构是近几年在建筑工程中被广泛应用的一种结构形式，其设计方式有其特有的规则和要求，并不是剪力墙结构设置越多越好，需要结合建筑实际要求及结构形态，合理规划剪力墙数量，以维持结构稳定性，减少受力不均带来的威胁。

2 剪力墙结构设计的优势

一是经济性。与传统框架式梁柱结构对比分析，表面上来看剪力墙结构在设置中会带来较大的材料和成本消耗，不过从整体性分析，剪力墙结构的安全性要明显高于传统的框架式结构。剪力墙结构是由钢筋和混凝土融合制成的，虽然钢筋材料用量较少，但在与混凝土配合后，可有效增建筑结构稳固性，减弱荷载对结构的影响。另外，由于结构稳定性和安全性的增强，维修养护成本也会有所降低，减少资金支持，维护企业最终经济效益。

二是稳定性。剪力墙结构既然是利用钢筋和混凝土材料融合制成的，其自身的稳定性自然也会有所上升，这是传统框架式结构所无法达到的。再加上钢筋与混凝土融合作用下，有效控制实际作业中出现的变形等病害问题，加钱建筑结构的美观性。

三是连续性。剪力墙在建筑工程中起到分隔空间的作用，不过这种空间分隔不是完全性的，结构整体性与连接性得以保障，工作人员可通过竖向或水平方向对建筑结构进行维修和养护，以维持结构稳定性。由此可以看出，剪力墙的设置具有连续性特征，只是单纯的进行空间分隔，不会对整体结构带来任何影响。

四是规则性。剪力墙结构设计可按照建筑内部空间功能要求对其实行科学划分，在保障建筑结构连续性的基础上，实现空间区域的科学处理。同时剪力墙结构设计具有简单、规则的特征，便于工作人员对分隔后的空间区域予以及时维护，促进后续工作的开展。

3 剪力墙结构设计要点

3.1 平面规划与定位

从平面规划方面来看，为发挥剪力墙结构性能，可沿着主轴线方向实行结构的延伸布置，这样可充分利用钢筋混凝土的承载能力，降低竖向和水平方向的荷载压力，维持结构稳固性，保证主轴线两侧结构的对称性，加强应力分布的均衡性，从而减少扭曲变形等问题的产生。同时在平面规划中，剪力墙结构设计还要考虑建筑抗震要求，优化结构抗震性能。

根据笔者经验，在遇到矩形、T型或L型的平面布局时，剪力墙可直接沿着主轴方向向两侧延伸布置；在遇到正多边形或圆形平面时，可以采取径向或环向布置方式展开规划。

从定位角度分析，建筑工程中对剪力墙结构延展性设计提出了明确要求，设计人员要按具体要求合理规划剪力墙结构，注重建筑结构的整体性。在剪力墙结构设计中，经常会存在墙体过长的问题，这使得结构弯曲系数变大，超过能承受范围，出现脆性破坏问题。因此，在针对墙体长度要求较大的剪力墙设计时，应确保其承载力符合结构设计要求，展开分层间隔式设计，将墙体均匀分割为细小、独立的多个墙段实行独立设计，从而在整体上增大剪力墙结构的承载力。

3.2 剪力墙数量的科学控制

剪力墙结构在提高建筑结构承载力方面有着显著优势，但在实际设计规划中，不是数量越多，整体性能效果越好。剪力墙结构需要根据建筑工程实际要求，展开科学布置，加强整体平衡性，达到节约成本，改进建筑质量的作用。剪力墙结构是由钢筋混凝土制成的，结构密度有所上升，建筑的抗震性能得到增强，不过过多的剪力墙结构会增加建筑结构自身重量，随着建筑层高的增加，建筑结构稳定性也将逐渐减弱，对建筑安全性构成威胁。所以在设计中，要对剪力墙数量予以科学管控。

3.3 转向空间结构设计

剪力墙承重结构是由横向和纵向承重板以交叉方式排布形成的，虽然稳定性较强，但结构死板，对于转折部位的承重效果有一定影响。为优化剪力墙结构性能，在设计中需要对转向空间结构实行深入研究。在转向结构设计中，设计人员可在主轴方向设置双向结构，注重双向结构承重的一致性，这样可在内部形成一个良好空间，通过优化处理，加大结构刚度和承载力。同时，剪力墙侧向位置上可利用材料优化的方式来降低剪力墙自身重量，扩大内部空间，保证各部位受力均匀。

3.4 截面设计

剪力墙截面设计的目的是提高结构的延展性和刚性，从而减少结构变形问题的产生。具体方式为：根据建筑结构特征，合理规划剪力墙结构的长度，避免过长对墙肢受力性带来影响。一般情况下，将细高剪力墙设计在高宽比大于3的剪力墙结构中，组织脆性剪切，避免危险的发生。另外，墙肢长度要求控制在8米以内，避免受弯后产生较大裂缝，甚至拉断钢筋。若部分剪力墙其墙肢较长，则可以在其中设置洞口来达到对墙段分割的目的，当剪力墙作业完毕后再采取砖砌体来填充洞口。

3.5 连梁设计

连梁是剪力墙两侧与平面内连接的那根梁，其作用是连接墙肢结构，加强内力传播的合理性。连梁结构很容易受到水平荷载的影响而出现变形，所以在设计中，要对连梁弯矩实行合理规划，根据实际情况做好保护措施，加强结构受力均衡性。

另外，在水平荷载作用下，墙肢间的内力会增加，连梁作为重要连接通道，其自身的内力也会随着墙肢增加而增加，所以设计过程中，需对连梁的内力变化予以科学管控，确保其在标准范围内，以此减少弯曲变形问题的出现。对连梁展开设计，不仅能够达到强剪弱弯，增强延性的目的，对于缓解剪力的破坏也有较大帮助。

3.6 大墙肢的处理

剪力墙结构应用在建筑工程中，为确保其性能的发挥，设计人员需根据施工方案和技术要求，对大墙肢结构实施优化处理，加强结构稳定性。在剪力墙结构设计方案调整过程中，不仅要扩大剪力墙的延展性能，还应对剪力墙结构高度和宽度予以调整，并按照规定将宽度和高度比控制在2以下，目的是规避剪切产生的破坏作用。

在利用弯曲桩对大墙肢实施处理时，需要注意的内容有：剪力墙高度要与实际要求相符。如果高度超过8米，在规定位置内应增大空洞空间，开洞位置需结合剪力墙布置情况及建筑结构要求实行科学设置，有效避免弯曲带来的影响，减少裂缝的生成。在剪力墙建设完成后，利用混凝土将空洞空间封堵。

3.7 剪力墙边缘构件的设计

剪力墙边缘构件设计的要点是对构件结构实施合理规划，这就要求设计人员详细了解现场施工环境特征，掌握施工方法和技术，结合建筑工程要求，对边缘构件进行不断优化和调整，使其满足剪力墙设置要求，提高结构稳定性。再者，在边缘构件设计中，要对不同构件性能实行分析，发挥构件在剪力墙结构中的作用。而构件性能的发挥，需要设计人员对箍筋、配筋特征值，墙肢长度，控制结构尺寸等参数予以了解和掌握，以此为依据加强剪力墙边缘构件的合理性。此外，在纵向钢筋配置中，如果约束构件对相关结构产生约束力，则应适当降低剪力墙刚度，以维持边缘构件设计合理性。