建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略

胡江

【摘要】由于建设项目的施工难度越来越高，工程多样化的复杂程度明显提高，为了及时提高项目的施工质量，保证整个项目的施工进度，必须提高建设项目的整体工程施工管理水平。在此经济背景下，我们正在尽最大努力，充分利用建筑知识、技能，以及大数据技术来指导我们研究和设计现代建筑中一些不同类型的新型建筑结构。建筑结构框架的整体结构性能有巨大的性能优势，例如，该结构可以显著用于增强建筑工程的结构强度，更好地增强新框架结构建筑的整体结构性能。在新技术时代，我们利用基于大数据的技术分析和技术指导，对建筑结构的性能进行充分的理论研究和数据挖掘，从中快速了解关于建筑理论结构性能的基本信息，从而大大提高建筑的安全防护性能和可靠性。

【关键词】建筑结构设计；剪力墙结构；策略

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.030

1、剪力墙结构概述

剪力墙，在房屋建筑物或者构筑物的中的作用，即其需要承担在建筑中来自风力荷载或者地震作用力下形成的水平或竖向荷载墙体，通过剪力墙来避免建筑结构遭到作用力下的剪切破坏，故也称其为抗震墙。抗震墙，一般设计材料为钢筋混凝土，抗震墙根据结构需要可设计为两种类型：平面和筒体剪力墙，其中平面剪力墙多设计在钢筋混凝土框架结构、升板结构以及无梁楼盖体系中，如果需要加强建筑结构的强度、刚度、强度以及抗倒塌性能，可在建筑结构的某个受力位置设置现浇剪力墙，或者通过预制装配的方式设计钢筋混凝土剪力墙；而对于筒体类型的剪力墙，通常设计应用在高层建筑、高耸以及悬吊式建筑结构中，通常设计在建筑中的电梯、楼梯、以及辅助房间中，剪力墙将以间隔围墙的形式进行设计，此类剪力墙筒壁通常设计为现浇钢筋混凝土墙体，其墙体自身的刚度和强度的水平荷载力均强于平面剪力墙。

2、设计实例

2.1 工程概况

本工程为某城市的高层住宅建筑，用地面积10.6万m2，总建筑面积31.66万m2。其中：小学2.64万m2（地上2.3万m2，地下车库0.33万m2），住宅29.02万m2（楼栋23.16万m2，地下车库5.86万m2）。

具体分析该建筑的高度和层数，了解该建筑的具体结构特点和相关要求，主要使用剪力墙结构，通过集中布设等方式构建完善的核心筒，这样才能将剪力墙结构的优势充分发挥出来，在布局方面核心筒使用平均布局的方式，连梁的高度适中，与两方向墙的高度相同。在设置方面控制单肢墙的长度在8米以内，确保纵横比符合要求，该工程剪力墙截面设计过程中厚度控制在200毫米到300毫米。

与此同时在本工程剪力墙当中，为了保证混凝土浇筑的效果使用重量轻、吊装方便的木模板，这种墙体模板使用的主要是18毫米厚的多层板，标准设定为1220×2440毫米，横肋上设置两根双钢管，支撑方面使用直径为48毫米的钢管以及一些可调的u型管。

2.2 梁、板布置

在高层建筑结构当中，一般情况下，梁板的跨度相对较低，在布置楼层梁时需要注意对传递路径进行优化，防止出现多层传递等情况。在本工程当中，楼板厚度设定在100毫米到120毫米之间，设定屋面墙的厚度在120毫米左右，在设计混凝土强度等级方面15层以下的设定在混凝土等级c30，16层级以上设定在c25。

2.3 底部加強部位的设计

在设计剪力墙结构过程中，底部加强部位的设计是非常重要的，通常而言在高层剪力墙结构设计方面，底部加强位置的高度需要达到底部两层高度和墙体高度总和的1/10，另外该工程地下室的顶板位置可以作为结构嵌固端，底部加强位置设定在1～4层左右。

3、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用策略

3.1 加强边缘构件的约束处理

设计墙肢长度在一定范围内，可以得出约束边缘构件阴影区和非阴影区的长度是由设计要求的最小长度进行控制的，如图1所示，当约束边缘构件长为lc=450mm时，阴影区的长为400mm，而非阴影区长仅为50mm，因为考虑到非阴影区的长度很窄，为方便施工，因此多选择图2的方式施工，可将边缘构件设计为阴影区。

另外，在设计剪力墙结构的过程中，无约束边缘构件的处理相对于有约束边缘构件的处理，在负载能力方面可能会低40%左右，这样会导致抗震能力下降，所以在进行建筑工程施工时，需要与实际情况相结合，合理地进行边缘构件的设置，让剪力墙的抗侧刚度和抗震力提高，这样可以保证整个建筑的稳定性[1]。

3.2 加强剪力墙洞口的布局管理

对于一些较长的剪力墙可以进行洞口的设计，分隔成受力均匀的墙体，这样在实际施工过程中通过弱梁来完成连接。剪力墙洞口铺设过程中，需要注意对剪力墙的整体力学性能进行分析。在剪力墙洞口布局方面，首先需要有规则的对洞口进行布设，基本成排成列进行设计，另外还需要注意保证洞口与洞口之间的间隔均匀。在设计一些不规则洞口剪力墙时，需要通过错洞剪力墙和叠合剪力墙等方式进行设计，在施工过程中需要对应的使用加固措施来进行加固。

为保证浇筑施工的顺利进行，同时减少预埋的工作量，浇筑口沿墙体长度方向的间距为两个桩间距。下层的浇注口要和上层的浇注口对正，以便混凝土输送管能从地面浇筑口直接贯穿至地下室最底层。

3.3 优化连梁的设计

在建筑结构设计过程中，剪力墙连梁的设计不单单能够保证整个结构的高度还能够有效地减少建筑侧移等情况，具有非常重要的价值，但是在建筑结构设计方面还需要综合化的对定向连梁进行设计。连梁剪力墙设计，如图3。高层住宅剪力墙结构当中，因为墙长较长，可以通过剪力墙平面当中的梁跨和开洞方式形成连梁，如果产生跨高比较小的连梁，在计算过程中很容易导致过度抗剪连梁的出现，因此在实践当中需要注意进行控制，具体方法如图3所示[2]。

3.3.1增加梁的截面积增加

让梁的截面积增加，保证连梁具有较强的抗剪能力，但在此过程中也会造成梁的高度有所增加。在设计过程中需要注意相关的施工要点。在连梁宽度固定的条件下，可以通过适当加高粱高的方式来进行施工，如果梁高不能改变，则可以扩大梁宽，让断面的连接宽度增加，然而这样的设计方式在连梁刚度方面的贡献不大。

3.3.2调整设计内力

在提高连梁截面不会影响抗剪承载力的条件下，可以让连梁的刚度人为的降低，通过这样的方式合理的对剪切力进行分配，以便将连梁的抗剪性能问题解决，最简单的控制方式在于对计算参数进行选择，通过对连梁刚度折减系数进行调整，只有使用内力配筋计算的条件下才能够有效地控制。另外，连梁的刚度仍然需要具有较强的抗剪承载力和抗弯承载力，应符合正常的使用要求，如果跨高比超过5的连梁，需要依照设计的框架量来进行优化，以符合施工要求。

另外，在剪力墙连梁设计时，需要注意有效的控制结构抗侧力刚度和内力，需要注意加强数据的校核。在连梁跨高较小的条件下，很容易导致建筑在反复载荷条件当中出现连梁的斜裂缝，而导致剪切破坏。因此在设计过程中为了避免这种剪切破坏等情况，可以使用跨高较大的连梁，这样可以有效的保证连梁的稳定性，另外还需要注意在设计剪力墙结构的过程中加强内力分析，做好连梁刚力折减的相关计算，避免剪力墙连梁出现严重的破坏[3]。

3.4 对剪力墙墙肢的长度以及钢筋的使用进行控制

在设计的过程中，首先需要重视剪力墙墙肢的长度设计，保证其合理性，确保剪力墙的结构稳定。在一般情况下，为了进一步控制剪力墙的延展性，还需要注意在特殊部位优化设计，这样可以防止弯矩影响剪力墙的稳定性。在实际施工过程中通过连续肢墙的方式来确保墙体具有较好的宽高比，使剪力墙具有较强的稳定性。另外，依照国家的规定和要求，对于不同抗震级别的剪力墙在设计过程中竖直方向和水平方向的配筋率是有一定区别的，在四级抗震级别和非抗震级别的剪力墙当中，配筋率需要超过0.2%[4]。

3.5 墙肢平面外弯矩的优化方法

在剪力墙平面当中，内外承载力和刚度之间差异较大，是因为高度出现突变可能会造成整个剪力墙方向地梁连接位置出现强制平面外弯曲，因此在设计的过程中需要注意适当的使用暗柱和扶墙柱等方式来进行优化，另外可以顺着梁轴线位置进行剪力墙的设计，以便解决该问题[5]。

3.6 墙肢设置

墙肢的主要作用是分散剪力墙的压力，使建筑物的抗震能力得到显著提高。在设置墙肢的过程中，需要深入研究建筑的构造，对建筑进行系统的受力分析。剪力墙本身具有一定的延伸性，因此在选择剪力墙整体结构设计时，需要充分考虑其延伸性的直接影响，而剪力墙整体结构设计中最重要的一点就是要考虑剪力墙的脆性和延伸性，这就需要根据整个剪力墙的具体延伸长度进行结构设计。对于前置条件长度相对较长的大型剪力墙，应采用墙分层或多间距的方法实施。剪力墙表面应进行多截面无缝切割处理，有效避免对剪力墙延性的破坏。对于相对较短的大型剪力墙，应采用这种加固方法进行配合，充分发挥其作为支撑柱的作用。当剪力墙的前置条件长度大于8m时，可以考虑配筋来设置墙体施工的漏洞。通过在实验室搭建模型，并根据模型底部必要的传感器，传感器主要采集剪力墙各部分的承压值。最后，通过比较不同墙体肢数下剪力墙承载力的变化，确定墙体肢数。确定墙体肢数后，应根据建筑物的实际抗震需求确定墙体肢的截面积，使剪力墙在地震来临时能起到很好的减震作用。

3.7 优化配筋方案

只有在剪力墙中加入一定比例的钢筋，剪力墙才能具有很强的刚度。然而，考虑需求压力而忽视成本会导致工程成本的增加。因此，在设计加固方案时，应深入分析建筑的抗震需求，并根据建筑的实际需求选择相应的加固类型。确定钢筋类型后，根据建筑物的受力需求確定剪力墙中钢筋的比例。

结论：

总而言之，在当前建筑结构设计方面，剪力墙结构的优势非常明显，在实际应用过程中获得了广泛的欢迎。在设计方面需要重视与实际情况相结合，严格依照规范要求，加强各参数的合理设计，重点对剪力墙的高度、布局、高度、宽度等进行优化，参照各建筑标准进行有效的处理，尤其需要注意分析结构的关键部位，选择合理的设计方案加强平面设计等细节的控制，这样才能使建筑结构整体优势充分发挥出来，保证安全性、稳定性，控制建筑成本，将建立墙结构的优势充分发挥出来。

参考文献：

[1]邓法.建筑结构设计内剪力墙结构的运用分析[J].华东科技：学术版，2015（4）：40.

[2]陈南生.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].房地产世界，2020，No.329（21）： 43-45.

[3]钟艳，张丹萍.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2016（08）：665.

[4]孙守才.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析[J].商品与质量，2018（48）：96.

[5]张媛，王禹.浅析建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[C].2014年全国科技工作会议论文集，2014：98.