装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计分析

陈健

摘 要：随着我国社会主义现代化进程的加快，我国经济得到了空前的改善，城市现代化建设的步伐也逐渐加快。为了适应高质量、高效率的建设，装配式建筑迅速崛起，成为当今建筑领域的重要组成部分。但是，对于性能更可靠的剪力墙结构，需要更加全面的设计，明确设计要点，进一步强化实施各种控制措施。同时，要对剪力墙结构设计进行综合考虑，合理有效地提高施工效率，充分利用装配式建筑在建筑应用中的便利和快捷优势。笔者结合多年的装配式建筑设计施工经验，对结构设计中剪力墙结构设计作了一定的探讨，并对其在装配式建筑中的合理应用作了阐述，以期对后续装配式建筑的应用有一定的借鉴意义。

关键词：装配式建筑；建筑设计；剪力墙结构

1 前言

新时代的来临带动了建筑行业的整体发展，装配式建筑被大量采用，但在装配式建筑设计中，剪力墙设计常常会出现一些问题。因此在实际设计施工中应充分利用装配式建筑的优势，合理设计剪力墙结构，避免施工过程中出现剪力墙质量事故。目前，装配式剪力墙结构设计方案是最重要的一环，在设计过程中应充分结合工程实际情况，合理设计剪力墙结构，确保剪力墙结构在施工和使用过程中具有科学性。

2剪力墙结构概述

在建筑结构设计过程中，剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来取代梁和柱的框架结构[1]。剪力墙结构体系具有良好的承载力，并且具有良好的整体性能和空间性能，它的抗侧力比框架结构更好。剪力墙的宽度和高度都比较大，但它的厚度较小，与板楼厚度相近，因此，它在墙体的平面内具有非常高的抗侧移刚度，而在墙体的平面外则具有非常低的刚度，此为剪力墙具有的几何特征和受力特点。所以，在进行结构设计时，除了要考虑剪力墙结构的竖向承载能力外，还应将其的弹性变形能力和抗震性能也纳入其中。合理设计结构类型和规模，以保证结构的稳定性和安全。在水平荷载作用下，剪力墙结构通常表现为弯曲变形。但是由于对剪力墙结构的间距有一定的局限性，使其在平面上的布局比较僵硬，因此，对于需要大面积的公共建筑来说，是不适宜的。这时就需要使用框架剪力墙结构，其特征如下：首先，框架剪力墙是较好抗侧力结构；框架剪力墙结构拥有一种有别于传统结构体系，它自身并不是一个单一的结构形式，而是由两个结构形式结合在一起形成的，采用刚度和强度都比较大的剪力墙与框架协同工作。既可构成灵活的大空间，满足了建筑功能的需要；与此同时，剪力墙结构还能够提高结构整体的抗震和抗风能力，减少结构的位移。其次是框架剪力墙具有较强的抗震性能，对于高层建筑来说，框架剪力墙的抗震性能体系应能充分满足相关设计标准[2]。当震级相对较小时，建筑物没有明显的损坏，仍能正常使用；如果是中级地震，那么在修复之后，应能够恢复到原来的水平；当地震具有较大震级时，确保建筑物本身不会受到较严重的塌陷危害。通常情况下，地震对建筑物的破坏是有方向性的，框架剪力墙能够均匀分布在建筑周围，有效抵抗水平荷载，提高整体结构的承载力，最终实现建筑物抗震性能的优化提升。

3装配式建筑结构应用现状

3.1钢结构装配式建筑

第一，钢结构装配式建筑由于其自身的抗压和抗拉性能，在大跨度建筑结构中具有良好的应用前景。在房屋建筑设计中，采用钢结构装配大跨度的结构，可有效地保证房屋空间布局的灵活性，使房屋空间利用率最大化。例如，大跨度钢结构装配式房屋结构在展览馆、体育馆等建筑中得到广泛应用。

第二，大型房屋建筑项目的建设周期非常紧迫，大部分项目都是以钢结构为主要构件进行装配的。由于钢结构的施工周期短，施工简单、快速、高效，因此被广泛用于厂房、仓库等大型建筑物。

第三，钢结构因其造价低廉，重量轻，抗震性能好等优点而被广泛应用于高层建筑中。但钢结构装配式因钢材自身不耐火，其保温、防腐、防火等施工过程较为复杂，导致其在高层建筑中应用时存在诸多缺陷，且这些缺陷很难得到有效的解决[3]。

3.2混凝土结构装配式建筑

混凝土结构装配式建筑分为装配式和全装配式两种，在施工过程中均需要人工拼接预制混凝土结构，其主要施工步骤如下：首先选取适当的竖向构件，利用浆锚搭接或套筒注浆的方法将竖向构件进行连接，并在上方安装预制梁、板，再浇筑混凝土与预制梁板形成叠合层，从而组成整体装配式结构。为了提高装配率、整体施工进度和效率，对于有些非结构性构件的施工，通常是通过装配式结构进行施工，例如预制外墙线条、预制楼梯和预制非承重墙板等等。当前，因为全装配式混凝土结构的施工难度很大，在我国尚不多见。而且，混凝土结构全装配式建筑的施工过程比较复杂，对施工人员的技术有很高的要求，人工成本较高，经济效益較差。

4装配式建筑结构的应用优势

首先，装配式建筑结构能够降低实际施工过程中的投资成本，相对于传统的施工建筑，在实际使用过程中，许多质量相对较轻的墙板被采用，从而方便施工人员开展相应的施工作业。由于该墙板所具有的价格较为低廉，其安装更为便捷，使得施工作业所具有的便捷性大幅度的提升时，降低原有施工成本。因此，开发单位要合理地分析项目开发过程中的效益比例，从而提高项目的效益[4]。

其次，为了缩短施工周期，在施工过程中要分析装配式建筑的设计图纸，在施工前对项目施工全过程进行深化设计，以缩短施工周期，提高施工效率，使施工对周边环境的影响得以降低，使施工企业综合效益提高。

最后，施工工艺在应用过程中会呈现出更加简单化的特点。装配式建筑结构在具体施工过程中会采用模块化施工方法，施工人员根据其模块结构进行具体装配，强化整体施工人员技术，严格落实相关要求，确保施工综合效率提升。同时，在装配式结构施工中，对施工人员的整体素质进行全面控制，保证施工质量，使现场实际安全得到保障，从而为绿色建筑的发展打下一定的基础。

5装配式建筑剪力结构设计原则

5.1调整楼层位移与剪力墙布置数量比例

如果楼层所处区域发生地震较多，则应按最大层位移标准值调整剪力墙布置数量比例，以降低地震对高层建筑结构的影响。设计单位必须确保整个剪力墙结构的弯矩和变形不受影响，并把剪切变形作为主要考虑因素。设计中不仅要根据最大层位移调整构件数量，应进一步强化有关构件的布置，以减小建筑结构的扭转变形，保证结构中各楼层间的位移不会因为扭转引起结构中各楼层的位移过大。另外，因楼层间位移无法决定剪力墙结构的竖向荷载强度，因此应加强结构纵向刚度与承载力，以减少层间位移的可能性[5]。

5.2调整剪力墙的连梁超限

高层建筑剪力墙结构连梁跨高比较小，其相应的弯矩和剪力强度都大大超过设计值，容易造成结构断裂，危及居民生命财产安全。因此，剪力墙结构连梁跨高比应大于2.5，以保证其结构强度良好，不受意外因素影响而造成结构破坏。设计单位应根据有关部门的规定，选择合适的跨高比，既要减少弯矩，又要保证剪力满足建筑安全要求，从而保证整个的剪力墙结构设计更加地科学、合理、高效。另外，我国规定，当连接墙肢的梁跨高比小于5的情况下，此梁为连梁，应进行刚度折减并保障连梁的抗剪。

6装配式建筑剪力墙结构设计的应用策略

6.1科学合理地设计剪力墙位置

在剪力墙结构设计中，墙体位置的布置、墙体布置方式等都是非常重要的。首先，确定建筑结构的主轴位置以及剪力墙的位置，然后根据主轴的不同方向设置双向剪力墙，从而使建筑物的内部空间分布更加合理。在建筑结构设计时，应保证建筑结构的抗震性能，禁止采用单向放置设计模式，应在两个角度上对剪力墙结构性能进行分析，来保证剪力墙结构在各个方向上的振动频率与振动周期具有相似性，这有助于保持墙体安全和稳定。其次，剪力墙截面设计应以规则与简单性为基础，剪力墙的抗压能力和刚度较大，因此可以利用剪力墙的承载力来减轻建筑荷载，充分发挥剪力墙的作用。建筑剪力墙布置时，应避免剪力墙分布过于密集，保证间距合理。在剪力墙布置设计中，应根据墙高标准缩减厚度，并综合考虑混凝土等级。采用减少墙肢方式，按照工程项目标准提高其截面高度。但如果是在一个区域内，发生地质灾害频繁，在这种情况下，如果剪力墙的高度过高，那么在地震发生后，剪力墙就易发生弯曲，另外，如果剪力墙太低的话，就有可能导致墙体发生脆性破坏。因此，在地震多发区，剪力墙的高度设计是重点，既要保证它的承载力，又要保证它的稳定性。同时，有关人员在设计剪力墙时，应先研究剪力墙的受力状况，确保剪力墙结构位置和孔洞位置具有科学性，确保剪力墙设计符合力学特性[6]。

6.2 对剪力墙弯矩进行科学控制

在建筑工程中，剪力墙结构设计应根据工程实际需要，分析剪力墙结构和剪力墙的特点。尽管剪力墙的抗压能力和承载力很强，但在平面以外的承载力相对较弱，这使得剪力墙连接部位由于平面外弯矩导致承载力较差，这是剪力墙常见的问题。因此，设计人员在剪力墙设计时应有效地控制弯矩，设计剪力墙连接部位，使其具有与剪力墙外侧相连接的结构。在实际工作中，可以先布置梁墙位置，并根据轴线位置、轴线方向和剪力墙方向来合理地计算弯矩，从而保证设计的科学性。此外，应合理设计扶壁柱，使剪力墙强度和剪力墙刚度均有较大提高，从而保证剪力墙质量。如果剪力墙设计中发现问题，应该尽快修改设计方案，如未发现问题，则进行后续设计，并计算暗桩的配筋。同时，还可以设计出使梁端更加稳定的构件，对弯矩进行控制。

6.3处理好剪力墙延伸

在建筑剪力墙设计中，应综合考虑剪力墙的延性问题，采用科学的方法来优化结构设计，确保剪力墙的延展能力能够满足设计要求。由于剪力墙本身具有延性，为了充分发挥它的延展功能，应采取多种有效的构造措施保证控制轴压比、最小配筋率等。

6.4有效地提升剪力墙性能

一般来说，建筑的寿命都是非常长的，所以剪力墙的作用需要很长一段时间才能发挥作用，所以必须保证剪力墙的强度和性能，并且在设计中应该加强剪力墙的设计，确保剪力墙能够满足施工的要求，避免在使用过程中出现质量问题。在剪力墙结构设计中，应全面分析影响墙体的因素，以避免使用过程中出现的风险，充分发挥剪力墙结构的作用。剪力墙结构的性能、强度都会受到配筋率的影响，应通过科学的计算和科学的设计，保证结构的稳定性和安全性。另外，相关人员要做好剪力墙边缘部位的设计和控制工作，根据剪力墙的要求设计墙体边缘，提高剪力墙质量，使建筑工程能够健康发展[7]。

6.5合理控制剪力墙的厚度

在建筑墙体设计中，既要保证墙体厚度达到建筑要求，又要保证剪力墙的承载力，根据剪力墙的轴压比在满足相关规范要求的前提下，自下而上合理减小墙体厚度，并防止墙体结构在荷载作用下过早损坏，延长剪力墙使用寿命，满足工程的经济性要求。在剪力墙结构设计时，应注意保证剪力墙厚度符合规范标准对稳定性的要求，验算通过后方可施工，使剪力墙结构质量达到建筑结构标准。

6.6 积极对设计人员进行培训

剪力墙设计人员的技能和素质对剪力墙的质量有很大的影响，要想提升剪力墙的质量，确保剪力墙的稳定，就必须要对设计人员进行训练，让他们拥有足够的专业技能，并且要在实际工作中，按照现场的实际情况来进行剪力墙结构的设计。保证其合理性。第一，在招聘设计人员的时候，要对设计人员的资质、设计能力展开审核和考核，并对设计人员的工作理念、核心素质进行分析。选择更优秀的设计师。第二，对企业内的设计人员进行培训，使每个设计人员都具备相应的专业技能。第三，对设计人员实行责任制，将设计人员的工作素质与其利益相联系，明确设计人员的工作内容和職责，如发现问题，及时追责，监督整改，确保剪力墙设计质量。

7结论

总之，随着人们对建筑结构的要求越来越严格，传统的建筑结构形式已经不能满足现代社会的要求。因此，建筑结构设计应从多方面考虑，既要提高结构的稳定性，又要充分利用技术优势，使建筑设计更符合人们的居住要求。为此，有关部门应继续深入研究，根据工程实际需要，充分发挥剪力墙结构在设计上的优越性，提高设计质量。

参考文献

[1]汤海燕，水淼，李睿.探究装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J].建材与装饰，2020（7）：134-135.

[2]刘军.探究装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J].房地产导刊，2021（3）：287.

[3]龚丽妍.装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J].建筑工程技术与设计，2021（16）：478.

[4]韩阳.装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计分析[J].建筑工程技术与设计，2021（9）：703.

[5]单志伟.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略[J].中国建筑金属结构，2021（3）：72-73.

[6]袁硕.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略分析[J].低碳世界，2021，11（6）：170-171.

[7]李卓.建筑剪力墙结构设计优化策略研究[J].建筑技

术开发，2021，48（11）：16-17.