装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计

蒋睿中

华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

伴随社会进步以及经济发展，国家建筑领域的发展速度逐渐加快，在此过程中，剪力墙结构技术得到了很好的发展，也从技术角度助力了建筑设计的质量与建筑性能的提高。剪力墙结构拥有很大的刚度与很强的承载能力，而且抗震性能与抗风性能十分优异，能够被广泛应用于高层建筑。

1 剪力墙结构概述

就建筑结构设计而言，剪力墙结构指的是使用钢筋混凝土的墙板来取代框架结构梁柱，它分别承受了竖向压力以及在平面作用下产生的水平剪力。剪力墙虽然拥有很大的宽度及高度，不过其厚度比较小，因此，剪力墙拥有几何特征和独特的受力特征。因为剪力墙具有厚度小的特点，和板楼厚度十分相近，因此在独立使用剪力墙时，如果发生地震，就会有很高的概率出现结构变形问题和断裂问题，这是因为剪力墙的刚度不够。因此在设计时不仅应考虑对剪力墙刚度进行增加，还要综合分析弹性变形能力以及抗震性，对结构种类及规模进行合理设计，为结构稳定及结构安全提供保障。一般来说，剪力墙的结构设计多是延性弯曲型。另外，框架剪力墙也是一种高性能的剪力墙结构，其具有以下特点：第一，框架剪力墙的抗侧力结构。框架剪力墙所具有的机构体系相对于传统结构来说存在一定的差异性，其本身并非是单一的结构形式，而是将两种结构组合起来形成的，这种结构的受力特点为，当水平外力作用不一致的时候，框架将会受到更大的作用力。因为使用延性框架，在实际产生侧力的时候，框架将会出现一定程度的变形现象，在这种情况下整体结构的形状基本上与一把剪刀相类似，该结构体系在楼层不断升高的过程中，楼层间的相对位移量将会呈现出减小的特点，进而对高层建筑的结构起到一定的稳定作用。第二，框架剪力墙的抗震性能，框架剪力墙具有相对较强的抗震性能，对于高层建筑物来说，其所具有的抗震性能体系，应当可以充分满足相关设计要求标准。在地震震级相对较小的情况下，建筑物应当不存在较为突出的损害，仍然能够进行正常使用。而当地震震级为中级的时候，则应当能够保障在对其进行修缮之后可以恢复到最初的水平。当地震有着较大的震级的时候，需要确保建筑物本身不会面临较为严重的塌陷危害等。通常情况下来说，地震所对于建筑物造成的危害有着多方向性的特点，而框架剪力墙能够在建筑物的四周实现均匀的分布，可以起到有效抵抗水平荷载的效果，切实提升机构整体的承载能力，最终实现建筑物抗震性能的优化提升。

2 装配式建筑剪力结构设计原则

2.1 调整楼层位移与层高比例

如果楼层所在区域容易发生地震，则需要按照最大楼层的位移标准值进行层高比例的调整，以此降低地震产生时对高层建筑物的影响。工程方要确保剪力墙结构的整体变形弯曲力，并将扭曲变形和剪力变形作为工程建设时的主要考虑因素，在施工时，不仅要增加建筑构件数量以此来增加剪力墙的竖向承受力，还要加强相关构件的位置分布减少建筑扭转产生的形变，确保楼层位移不会由于楼层扭转变形发生较大的位移偏差[1]。此外，楼层间的位移是无法确定剪力墙竖向荷载强度的，因此，要在设计时加强建筑纵向的刚性强度和承受力，降低楼层间位移产生的可能性。

2.2 调整剪力墙的连续超限

高层建筑剪力墙结构的连续跨高会使相应弯曲力矩以及剪力强度远远超过安全设计标准值，从而导致建筑物容易出现结构断裂和居住风险，对居民的人身安全和财产安全造成威胁。因此剪力墙的结构跨度比必须大于2.5，确保剪力墙具备良好的结构强度，不会受意外因素的影响，产生结构损坏的情况。工程方要按照相关部门的规定选择合适的跨度比，在减小弯曲力矩的同时也要保证剪力值符合建筑安全需求，使整个剪力墙的设计结构科学、合理、有效。此外，由于我国规定如果跨度比小于5时，连续梁是不允许被拆除的，所以在设计时提高设计结构的精确性，还能够大大减少后期维修、更改的必要性，以此降低施工过程不必要的成本支出，使工程的经济性进一步提高。

3 装配式建筑剪力墙结构设计的应用路径

3.1 对剪力墙位置进行合理设计

对剪力墙结构设计而言，布置墙体位置以及布置墙体的方式都非常重要，在建筑设计中位于基础位置，同样是保障建筑工程安全性的重中之重。对剪力墙设计工作来说，工作人员需要完成的任务主要有以下几方面：第一，明确建筑结构主轴位置，之后把剪力墙位置设置于主轴方向，而且要在主轴的基础上辅助其他方向，对双剪力墙形式进行设置，以此达到各个方向剪力墙之间的衔接目的，为建筑内部空间的合理程度提供保障。建筑结构设计工作需要保障建筑结构的抗震性，禁止对单项放置设计这一模式进行应用，对剪力墙设计来说，应该从两方面来分析其性能控制，确保剪力墙各个方向墙体在振动周期以及振动频率方面具有相似性，这样做对维持墙体内部的平衡很有帮助，可以为墙体内部的稳定提供保障。第二，对剪力墙的截面设计来说，应该把规范性以及简易性当作基础，对剪力墙来说，其侧体抗压能力和内部稳定能力要远大于建筑体的侧体抗压能力和内部稳定能力，对此，能够利用剪力墙在承载方面的能力使建筑负荷得到减轻，使应用剪力墙的效果得到充分发挥[2]。应用剪力墙不但可以使建筑承载力得到提升，而且可以使修筑墙体空间得到减少，可以扩大建筑的结构空间。在对建筑剪力墙进行布置的过程中，为保障间距的合理性，剪力墙分布禁止过于密集，避免发生受力不够均匀的问题。对剪力墙截面设计来说，应该严格依据由下至上顺序设计，之所以要采用此种方式设计，是因为这样做可以缓解其侧墙体压力。对于剪力墙的布置设计来说，应该依据墙体高度的标准来缩减厚度，还应该对混凝土等级进行综合考量。能够按照工程项目的标准，利用减少墙肢方式来提高其侧面高度。不过如果所在区域极易出现地质灾害，在此情况下，假如剪力墙高度太高，在地震发生之后，剪力墙会因此出现弯曲现象。除此之外，假如剪力墙的高度太低，也会有一定的概率使墙体太过脆弱。所以对地震多发的区域来说，高度设计工作是剪力墙设计的重点，需要为其承载力以及稳定性提供保障。与此同时，相关人员在对剪力墙进行设计之前，应该先研究工程剪力墙在受力方面的状况，确保设计的剪力墙位置与孔洞位置的科学性，确保剪力墙设计满足力学特征。对孔洞设计来说，全部孔洞均须对齐，而且需要确保孔洞之间存在对应连接点。确保剪力墙全部孔洞均可以均匀受力，在此前提下可以符合施工原理。

3.2 对剪力墙弯矩进行科学控制

对建筑工程来说，其剪力墙结构设计应该依据具体的工作需求来分析剪力墙结构和剪力墙特点。虽然剪力墙抗压能力和承载力都很强，不过平面之外的承载能力相对很弱。使得剪力墙的连接部位有一定的概率会因为外部的承载力较差而让墙体发生弯矩，此问题对剪力墙来说非常常见。对此，相关设计人员应该在设计剪力墙的过程中对弯矩进行有效控制。能够在剪力墙连接部位进行设计，使其拥有可以和剪力墙外侧相连的结构。在实际操作中能够先对梁轴线位置进行设计，依据轴线位置、轴线方向、剪力墙方向对弯矩进行合理计算，以此为设计的科学性提供保障。此外，应该设计好扶壁柱，对扶壁柱进行合理设计能够使剪力墙强度与剪力墙刚度得到大幅提升，从而为剪力墙的质量提供保障。假如在对剪力墙进行设计的过程中发生扶壁柱设计方面的问题，应该尽快对设计进行更改，假如不能更改，应该马上使用相应的改善措施，能够利用设计暗桩的方式来预估与计算配筋，对弯矩进行有效控制。与此同时，可设计让梁端变得更加稳定的构件来控制弯矩[3]。

3.3 处理好剪力墙延伸

对建筑剪力墙的设计工作来说，应该对其可延伸问题进行综合考量，使用科学方法与科学手段对其设计结构进行优化，确保剪力墙的延伸能力可以满足需求。由于剪力墙本身带有延伸性特点，而要想使其延伸功能得到充分发挥，应该使用有效手段来提升其灵活性以及耐久性。此外，在设计剪力墙结构的过程中，应该确定建筑物在承载方面的要求，以为设计工作的科学性提供保障[3]。

3.4 使剪力墙性能得到提升

通常来说，建筑的可使用时间都很长，所以剪力墙的作用需要发挥很长时间，应为其强度与性能提供保障，而且应该在墙体结构设计之中着重强化对于剪力墙的设计，确保可以满足施工需求，避免剪力墙结构在长期使用时发生质量问题。对剪力墙结构设计来说，应该全面分析使墙体受到影响的要素，这样做能够更好地预防墙体在使用过程中的风险，使剪力墙结构的作用得到充分展现。对剪力墙结构而言，其性能和强度极易被配筋率影响，所以应该研究其纵向配筋率，在科学计算与科学设计之后，能够为其稳定性及安全性提供保障。此外，相关人员应该完成好设计与控制剪力墙的边缘部位的工作，依据施工剪力墙的要求来设计墙体边缘，使剪力墙质量得到提升，从而使建筑工程可以更加健康地发展。

3.5 对剪力墙的厚度进行合理控制

对建筑墙体设计来说，应该确保其厚度可以符合建筑要求，使剪力墙的承载力得到提高，对墙体结构的损坏问题进行有效预防，达到延长剪力墙墙体的使用时间目的，而且需要重点关注剪力墙的安全。在设计剪力墙结构的过程中，应该保证剪力墙的厚度可以符合规划的标准，依据实际施工的状况，能够把部分构件安置于剪力墙，使剪力墙结构的质量可以满足建筑规划的标准[4]。

3.6 做好对设计人员的培训工作

对设计剪力墙的工作人员来说，他们的能力与素质会对剪力墙质量产生直接影响，出于使剪力墙质量得到提升的目的和保障剪力墙稳定性的目的，应该强化对工作人员的培训，确保他们拥有足够的专业能力，而且可以依据现场的具体情况设计剪力墙，为其合理性提供保障。第一，企业在对设计人员进行招聘时应该审核和考核好他们的资质和设计能力，分析其工作理念和核心素质，选用更加出色的设计人员。第二，对企业内部设计人员进行培训，确保每位设计人员均可以对剪力墙设计的理论知识及关于剪力墙设计的技术能力进行掌握。第三，在管理设计人员时应该对责任制度进行落实，结合设计人员的工作质量和福利，确定设计人员各自的工作内容与责任，如果工作中发生问题能够及时追责，监督工作人员的整改工作，保障剪力墙设计的质量。

4 结束语

综上所述，随着人们要求的逐渐严格，以往的建筑结构设计已无法符合如今社会发展的需要。因此，在开展建筑结构设计工作的过程中，应该从多个角度进行考量，不但需要提高建筑的稳定性，而且应该对技术优势多加利用，使建筑设计可以符合人们在居住方面的要求。对此，有关人员应该继续进行研究，依据实际的工作需要，使剪力墙结构设计的优势得到更好的发挥，以提高建筑的质量。