試論建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用研究

楊媛媛

（天津市新型建材建筑設計研究院 天津 300384）

引言

在建筑結構設計中，剪力墻結構由于其自身獨有的優(yōu)勢，被廣泛應用。如果這種結構設計科學合理，得到恰當?shù)倪\用，那么不僅能夠縮短建筑施工時間，而且還能延長建筑的使用時間。雖然剪力墻結構優(yōu)勢獨特并應用廣泛，但是并不是所有建筑都適合選用這種結構，此外，目前剪力墻位置、尺寸等方面的設計都還沒有形成相應的規(guī)范，僅僅只是靠設計師的實踐經(jīng)驗來設計，這使得剪力墻結構存在一定的安全隱患。設計者應結合實際情況，綜合考慮各種因素，進行優(yōu)化設計，最大程度的發(fā)揮剪力墻結構的作用。

1 剪力墻結構的基本概述

1.1 剪力墻結構概念

剪力墻結構又被稱為抗風墻、抗震墻或者結構墻，是一種剪力墻體，它實際厚度較小，但建設規(guī)模較大，主要采用鋼筋混凝土板來代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架中的梁柱，承載外界的各種壓力，自身所具備的承受能力較高，與柱子的受力程度不相上下，并能夠控制結構的水平力。剪力墻結構是建筑物主要的支撐結構，不能被拆除或無法被輕易破壞，承受的壓力主要是外界風力或地震等自然災害引起的水平荷載，抵抗來自外界的破壞，在一定程度上提升建筑的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)墻體開洞的情況，通常將剪力墻分為雙肢或多肢型剪力墻、壁式框架剪力墻等類型[1]。

1.2 剪力墻結構的優(yōu)點

剪力墻結構有穩(wěn)定性高、經(jīng)濟實惠、美觀大方三大優(yōu)勢。穩(wěn)定性高是指剪力墻結構擁有相對較大的剛度，承受力較高，能夠抵擋住來自外界的各種荷載，尤其是水平荷載，支撐效果良好。它的存在極大地提高了建筑物的穩(wěn)定性，這也是剪力墻結構最為重要的作用。經(jīng)濟實惠是指剪力墻結構采取混凝土澆筑的方式，減少了用鋼量，在很大程度上節(jié)省了成本投入。這一優(yōu)勢對很多施工單位有較強的吸引力，這也是它能被廣泛應用得原因之一[2]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們越來越注重生活品質(zhì)，對建筑不僅要求安全可靠，還要求美觀舒適。而剪力墻結構的出現(xiàn)則很好的滿足了人們的這一需求。剪力墻結構將建筑物內(nèi)部的分隔墻與承重墻完美的結合在一起，尤其是隔斷墻的結構設計，在一定程度上增加了建筑物內(nèi)部空間，不但增加了使用功能，而且美觀舒適。

1.3 剪力墻結構的缺點

剪力墻結構雖然有很多優(yōu)點，但也存在一些問題阻礙著其進一步發(fā)展。①與框架結構相比，自重較大。剪力墻結構采用混凝土澆筑的方式，自身的重量比較大，它的存在使得建筑物的重量和負擔也會增加，這對建筑承重和承壓能力提出了更大的挑戰(zhàn)。②延續(xù)性差。剪力墻結構材料主要是混凝土，鋼筋配比比較小，雖然節(jié)省了鋼材，但是使得結構延性變小，承載力的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，而且施工程序因此更加復雜，增加了建設的難度[3]。

2 剪力墻結構設計的原則

2.1 墻體延性

延性的大小直接影響到剪力墻結構的穩(wěn)定性，所以設計人員在進行剪力墻結構設計時一定要注重墻體延性這一方面。在建筑結構設計中，剪力墻如果過高或過細，在荷載力的影響下很容易被拉伸或者彎曲，遭到破壞并且難以修復。因此，在進行結構設計時，尤其關于高層建筑的結構設計，一定要科學把控好剪力墻的長度與高寬比。長度比盡可能的控制在9m以內(nèi)，高寬比高于2m。如果無法避免使用較長的墻體，應該采取措施增強墻體的延性，比如設置好翼緣，把整個墻體分割成多段均勻墻段，形成一個聯(lián)肢墻或多肢墻[4]。

2.2 調(diào)整最小剪力系數(shù)

剪力墻結構缺點之一就是自身重大，增加了建筑的負重，不利于建筑的穩(wěn)定性，所以針對這一不利之處，設計人員在進行設計時，應該盡可能的減少構件和框架的布置，進行大開間剪力墻結構的布置。采取這種方式布置，可以使其側向荷載、剛性強度發(fā)揮最大作用。除此之外，設計人員還應該結合實際情況，盡可能的讓剪力墻的系數(shù)較小，確保系數(shù)在相關規(guī)定的極限范圍內(nèi)。同時，剪力墻承受的外部沖擊力和建筑整體底部承受的沖擊力之比一定要控制好，不可超過1∶4。這樣不僅減少了剪力墻所承受的壓力，也在一定程度上緩解了建筑的自重壓力，既能節(jié)省成本的投入，又能增強建筑的抗震能力和穩(wěn)定性。

2.3 調(diào)整連梁超限

在剪力墻的設計中，設計人員必須要重視剪力墻的跨高超限問題，這一問題在結構設計中經(jīng)常出現(xiàn)。如果剪力墻的連續(xù)跨高比過小，彎曲力和剪力就會過大，容易導致建筑出現(xiàn)斷裂情況，存在很大的安全隱患。所以，在進行設計時一定要對連梁跨高進行合理調(diào)整，控制在一個科學合理的范圍內(nèi)，以防彎曲力和剪力處于異常狀態(tài)。根據(jù)相關規(guī)定，一般剪力墻結構的跨度比控制在不小于2.5的范圍內(nèi)，當跨度比小于5時，不能拆除連續(xù)梁，同時要保證剪力墻的連梁剛度處于平穩(wěn)狀態(tài)。在進行設計時，一定要結合實際情況，綜合考慮，不能只是一味地按照規(guī)定設計，忽略了其他因素。

3 剪力墻結構設計在建筑結構中的應用

3.1 平面布置

根據(jù)剪力墻設計的原則及要點，在對剪力墻的平面布置時，要符合均勻?qū)ΨQ的要求，確保兩大中心即剛度中心和質(zhì)量中心能夠重合，增強結構的穩(wěn)定性。內(nèi)在剪力墻和外在剪力墻要盡量拉直或者延伸，這樣可以避免一些不平衡力的出現(xiàn)。除此之外，在進行抗震結構設計時，最好對剪力墻進行雙向或者多向設置，以便于更大程度上發(fā)揮剪力墻的功能作用。同時，還要重視剪力墻結構抗側力剛度的設計。結合實際，根據(jù)相關的計算公式精確地算出抗側力剛度數(shù)值，避免抗側力剛度過大導致墻體的自身重力上升以及產(chǎn)生過大的震力，不僅增加建設的成本投入，還影響建筑的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

3.2 合理布置剪力墻結構

剪力墻結構在整個建筑結構設計中占據(jù)十分重要的地位，在建筑的抗震能力及承受外在負荷方面發(fā)揮重要作用，所以一定要合理布置剪力墻結構。在進行布置的時候，一定要按照規(guī)定要求進行，對其進行規(guī)則性布置，考慮周全，建筑豎向承載構件的布置和建筑結構的對稱性都要考慮在內(nèi)。除此之外，在進行布置時，慎重的選擇短肢的剪力墻結構，避免出現(xiàn)獨立的小墻肢，可以采用合并洞口的方式對剪力墻進行布置，盡可能的降低建筑復雜程度[6]。剪力墻一般都設置在建筑物的角落部位，為確保建筑的安全性和穩(wěn)定性，在樓梯間、電梯間處的墻體也要設置一部分剪力墻，剪力墻盡量在一條直線上，避免出現(xiàn)短肢剪力墻。

4 結語

剪力墻結構在建筑結構設計發(fā)揮著重要的作用，直接關系到建筑物整體結構的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。由于其自身所具有的獨特優(yōu)勢，在建筑行業(yè)內(nèi)被廣泛應用。所以在進行建筑結構設計時，一定要重視剪力墻結構。設計人員在設計剪力墻結構時，應結合建筑實際情況和設計要求，掌握剪力墻的設計要點，綜合考慮，及時處理好可能存在的問題和缺陷，在最大程度上發(fā)揮剪力墻作用，保證建筑物整體質(zhì)量，進而推動我國建筑行業(yè)的進步與發(fā)展。