建筑工程设计中的剪力墙结构设计探讨

2021-04-01王秀龙方国瑞

工程建设与设计 2021年18期

王秀龙，方国瑞

（无棣县建筑设计院，山东无棣251900）

1 引言

新的发展环境下，建筑工程项目呈现出高层化、集成化和大体量化的特点，对其结构设计的合理性和安全性提出了更加严格的要求。剪力墙结构在建筑工程中的应用能够在保证建筑主体稳定、牢固的同时，延长建筑的使用寿命。剪力墙结构的形式众多，适用于不同的地质环境以及项目类型，设计人员在对其进行设计的过程中，需要充分考虑各方面的影响因素，将剪力墙的优势充分发挥出来。

2 剪力墙结构概述

2.1 剪力墙的概念

建筑工程领域的剪力墙也被称为抗风墙或结构墙，在建筑主体结构中的主要作用是承受风力引发的水平荷载以及地震作用引发的竖向荷载，避免结构出现剪切破坏。一般情况下，剪力墙采用的是钢筋混凝土结构，可以分为平面剪力墙和筒体剪力墙2 种形式。平面剪力墙一般被应用于钢筋混凝土框架结构、升板结构或无梁楼盖体系中。平面剪力墙包括现浇剪力墙和预制钢筋混凝土剪力墙，可以对建筑结构的强度和刚度进行强化，提升其稳定性。筒体剪力墙常见于高层建筑或悬吊式建筑中，是由楼梯、电梯、辅助房的间隔墙围成的墙体，采用的全部都是现浇墙体，强度和刚度优于平面剪力墙，因此，能够承受更大的水平荷载[1]。

2.2 剪力墙结构的优点

剪力墙结构的优点体现在以下4 个方面：（1）具备较强的稳定性。建筑工程中的剪力墙一般都是钢筋混凝土结构，对比框架结构中的梁柱，有更强的稳定性和支撑能力，可以承受更大的荷载。（2）具备良好的规则性。建筑内部空间有不同的使用功能，需要设计人员做好相应的区块划分，实现剪力墙结构的规则化。这样才能为后续的施工建设和空间维护提供便利。（3）具备较强的连续性。在对剪力墙结构进行设计的过程中，需要对各区域进行划分，从水平或竖直方向来对各区域进行维护，提升剪力墙的连续性，实现建筑格局的独立分化，同时，也可以使建筑构成一个完整体。（4）具备良好的经济性。对比常规框架体系中的梁柱结构，从建筑工程整体的角度分析，剪力墙结构能够节约资金和时间，提高工程的经济效益。

3 剪力墙结构设计的注意事项

在对剪力墙结构进行设计的过程中，应结合工程的实际情况确定剪力墙的具体类型，同时，还需要注意以下2 个方面的问题：（1）做好相关参数的调整与优化。剪力墙结构的设计要符合一些参数指标的控制，设计人员需要从建筑工程的现实需求出发，对这些参数指标进行调整和优化，实现建筑整体的设计优化。（2）做好连梁的调整工作。在建筑结构设计中，剪力墙不能与连梁保持连接，否则，可能会导致剪力墙承受的应力增大，影响结构整体的稳定性和安全性。梁体的设计同样会涉及与建筑顶部和地板的连接，在对其进行调整的过程中，需要保证全面性，综合考虑不同框架结构对剪力墙的作用力，保障建筑工程施工的便利性[2]。

4 建筑工程设计中剪力墙结构设计的要点

4.1 墙体受力分析

在对剪力墙结构进行设计的过程中，应做好墙体的受力分析：（1）需要将建筑结构受到的作用力分为水平荷载、竖直荷载和其他荷载。结构设计人员需要对剪力墙结构受到的所有外力进行分析，以保证设计方案的合理性。建筑承受的水平荷载主要包括风荷载和地震荷载；竖向荷载主要包括建筑个结构的自重，通过提高墙体竖向结构的强度，能够满足建筑的承重需求。（2）需要明确剪力墙的受力情况与建筑材料存在密切联系，在材料质量水平和性能优越的情况下，墙体的强度和韧性能够得到显著提升。因此，结构设计人员应从建筑实际需求出发，做好材料的合理选择，在保证施工质量的同时，提高建筑企业的经济效益。

4.2 墙体厚度设计

在剪力墙结构设计环节，需要对其厚度进行合理设计，确保结构在使用期间具备较强的稳定性和安全性。设计人员应参照相关设计标准的要求，做好建筑结构的受力分析，确定最佳墙体厚度。一方面，如果剪力墙需要设置开洞，需要确保墙体厚度不小于边缘构件的宽度，以保证构件在浇筑后与剪力墙形成整体，提高结构整体的强度。边缘构件的作用是提高剪力墙的水平刚度，减小墙体的位移。另一方面，在我国相关建筑结构设计标准中，对建筑剪力墙的最小厚度进行了明确，如短肢剪力墙的最小厚度为18 cm，受力状态下墙体的变形和位移不能超过10 cm 等。剪力墙结构的设计方案必须满足这些基本要求[3]。

4.3 超限调整分析

在对建筑剪力墙结构进行设计的过程中，在考虑结构设计合理性的同时，还要兼顾结构的实用性和经济性，做好结构整体受力情况的分析和拆解，确保建筑主体结构具备较强的抗剪能力，并且依照受力分析结果，做好剪力墙负重的超限调整，这有利于延长建筑结构的使用寿命[4]。

4.4 墙体连梁设计

在建筑剪力墙结构中，因为水平荷载的影响，墙肢会发生一定的变形，在连梁中产生内力，此时，连梁端部内力会影响连接墙体的变形及内力，对墙肢变形问题进行有效约束。从这个角度分析，连梁对剪力墙结构非常重要。在对剪力墙结构进行设计的过程中，应做好连梁问题的处理。以剪力墙连梁设计中常见的连梁超筋问题为例，主要是因为剪力和减压比无法很好地满足相关要求，在墙段相对较长的情况下，连梁中间段容易出现超筋问题。对于连梁超筋问题的处理，可以从实际情况出发，适当削减连梁界面的高度，若连梁破坏不会对垂直方向的荷载产生巨大影响，可以就独立墙肢在遭遇地震时的结构应力进行分析，依照多次计算得到的最大应力对墙肢配筋进行计算，以避免出现连梁超筋的问题。