剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

薛虎

济宁市维拓建筑设计有限公司

摘要：随着我国社会经济的不断提升使得我国的建筑行业得以快速发展，与此同时人们对建筑功能及质量的要求也越来越高，而剪力墙结构因具有刚度强、成本低、外观美等特点被广泛应用于建筑结构设计中。本文将结合实际情况对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行分析，旨在促进我国建筑行业的不断发展。

关键词：剪力墙;结构设计;建筑结构设计

剪力墙结构具有实体墙、截面剪力墙等多种分类，在建筑设计过程中应结合施工现场的实际情况、建筑功能等多方面因素，按照一定设计原则进行设计，以保证剪力墙结构的合理性。由于剪力墙结构可有效节约空间及施工成本，且施工简单、方面，因此逐渐成为建筑施工中一种较为常用的结构方式。本文将结合实际情况对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行分析，以期为今后的相关工作提供宝贵经验。

一、剪力墙结构的种类

现阶段我国剪力墙结构主要分为以下几种类型：第一，壁式框架剪力墙。这种剪力墙在受到外界压力时会产生与框架接近的刚度，若是在高层建筑仲裁改用这种剪力墙将很容易出现反弯点的情况，不利于建筑的稳定。第二，实体墙。这种剪力墙的墙体上通常无开洞或者开洞较小，具有较强的承受力，可有效保证建筑的安全与稳定。第三，双肢或多肢剪力墙。这种剪力墙只有一个洞口，且开洞面积较大，由于这种剪力墙墙肢的刚度大于连梁刚度，因此在施工过程中极有可能导致连梁的中间部位出现弯点。若是各剪力墙具有一定的刚度则剪力墙可起到良好的连接作用，将分散的各肢体墙连接在一起，从而形成多肢剪力墙。第四，整体小开口剪力墙。当开洞面积占剪力墙的15%以上时，正应力的分布通常会较为分散，且会朝着洞口两侧的横截面方向发展并形成额外的新正应力，而这时受到正应力的影响剪力墙会产生不同程度的弯矩应力。当开洞面积较小时，弯矩应力将会逐渐减少，因此设计师在设计的过程中应结合力与变形两方面知识，对开洞大小进行科学合理的设计，尽可能减少剪力墙所产生的弯矩应力，同时在进行计算的过程中应根据实际情况适当调整材料力学计算法的方式。小开口剪力墙主要是指开口面积较小的剪力墙，且两侧横截面的弯矩小于剪力墙的整体弯力[1]。

二、剪力墙结构设计所遵循的基本原则

（一）连梁超限的解决办法

连梁超限主要有以下几种解决方式：①改变连梁尺寸，在减小连梁高度的同时适当增加连梁跨度。②通过采用弯矩调幅法降低连梁的弯矩设计值。③使用钢板混凝土，设计人员可以在设计过程中将钢板设置于混凝土连梁中，以增强连梁的承载能力。④开水平通缝，通过在连梁上开水平通缝可以有效降低连梁高度，同时连梁的跨度与之前相比也有了显著提高，使得连梁在地震的作用下可有效减轻剪切变形的影响。⑤交叉配筋。交叉配筋主要是通过使用混凝土中相互交错的钢筋来抵抗由于地震产生的各种剪力，在使用这种剪力墙时应注意将交叉钢筋与主筋所在的方向一致，使得钢筋在受力弯曲时具有抵抗主拉应力的作用，尽可能缓解裂缝出现或加剧的速度。

（二）避免剪力墙和平面外的梁搭接

由于剪力墙自身具有内刚度较强、实际承载能力较大等特点，因此在将平面外梁与剪力墙进行连接时，将极有可能导致强制出现外弯矩，这主要是由于剪力墙受到自身特点限制，使得墙体的外刚度较低，最终导致外弯矩的出现。然而设计人员在设计的过程中通常不会注重计算平面外刚度与承载力，因此，设计时在设计剪力墙结构时应尽可能避免出现外搭接情况，若是在设计过程中无法有效避免这一状况的出现，则设计人员应结合实际情况采取科学、合理、有效的方式进行预防，使得剪力墙平面外的安全与质量得以有效保证。

（三）以主轴为中心，向四周延伸

设计人员在进行剪力墙位置布置的过程中应以“主轴为中心，双向、多向四周延展”为主要的设计原则，同时应保证剪力墙可以通过不同方法尽可能有效连接，而为了保证设计结构的抗震性应使剪力墙两个方向的侧向刚度较为接近以增加剪力墙的稳定性。此外，在设计剪力墙时应注意数量，过多的剪力墙会使各个剪力墙在施工过程中出现利用度下降的现象且会严重影响剪力墙的抗侧力刚度，而较大的自重也会为剪力墙的正常工作带来一定阻碍;若是剪力墙的数量过少也同样会降低剪力墙的抗侧力刚度，使得剪力墙的作用无法在建筑结构中得以充分体现。

三、剪力墙结构设计中容易出现的问题分析

设计师在设计剪力墙结构时应注意将侧向刚度控制在较小范围内，只有在采用全剪力墙结构时才可以适当增加侧向刚度。侧向刚度的增加会在一定程度上将地震作用放大，不具备较强的经济性与合理性。根据底层剪力墙厚度设计要求中的相关内容，在抗震设计中，筒体和一般剪力墙所承受的地震倾覆力矩应大于总底部地震倾覆力矩的半数。此外，部分设计人员在设计的过程中存在将长度较短的墙断画成约束边缘构件、将纵向钢筋均匀配置在墙段内等情况，使得墙肢附近的钢筋无法起到保护作用，不利于建筑结构的安全与稳定。

四、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的具体应用

在建筑结构设计中，剪力墙结构设计主要应用于以下两个方面：第一，对大墙肢进行处理。剪力墙设计结构在建筑结构设计过程中应具有延性特点，从而有效降低脆性剪切破坏，当剪力墙的高宽比大于3时，剪力墙会逐渐朝着延性高、易弯曲特点变化。在设计过程中若是剪力墙的长度较大，为满足剪力墙的高宽比大于3这一条件，设计人员可根据实际情况在剪力墙上进行开洞，将墙体分割成均匀合理的独立强段，以降低墙体出现受弯裂缝的概率，同时有效增强了剪力墙配筋的支撐能力，进一步提高可建筑的稳定性;若是在施工过程中出现长度超过8m的大墙肢时，在楼层建立整体计算中，会将建筑主要的承载力计算在大墙肢上，使得大墙肢会在地震发生时首先被破坏，而小墙肢则会因为配筋量的不足会受到一定程度的伤害，进而影响到地表建筑的安全与稳定性。因此，为了有效避免上述情况的发生，设计人员在设计剪力墙结构的过程中遇到墙肢大于8m的情况时可根据实际情况选择适当的解决方式，目前有效的解决方式主要有两种：①开施工洞，即在施工过程中在剪力墙的墙体上开洞，以方便施工人员将大墙肢合理分割为小墙肢来减轻损坏程度，然后在施工结束后将洞回填;②增开计算洞，施工人员可在计算时设置计算洞，并在施工过程中设置混凝土墙以提升小墙肢配筋的工作性能。

第二，合理布置平面。设计人员在设计剪力墙结构的过程中应注意进行双向或多项布置，在布置过程中应沿着主轴方向或其他方向进行布置，同时应将“对称原则”运用至中布置剪力墙平面的过程中，使得剪力墙面结构的刚度与强度作用于剪力墙体上的中心可以重合，在设计过程中应注意控制好抗侧力刚度，尽量将抗侧力刚度控制在较小值。此外，在设计过程中应在保证侧向刚度科学合理的前提下根据实际情况设置剪力墙的间距，以有效提高剪力墙抗侧力的刚度与承载能力。

五、结语：

综上所述，现阶段我国的剪力墙结构工程在建筑结构中的应用已经取得一定成果，因此相关设计人员在设计剪力墙结构适应注意遵循相应的设计原则，根据实际情况以及工程要求来设计剪力墙结构，以保证剪力墙结构的科学性、合理性、经济性，在有效保证施工质量的同时降低企业的施工成本，使得剪力墙结构可以在建筑工程中充分发挥职能，提高人居环境的舒适度，促使企业经济效益最大化。

参考文献：

[1]唐秀桥.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用探讨[J].建材发展导向，2014（2）：39-40.