剪力墙结构概念设计在建筑结构设计中的运用

剪力墙结构概念设计在建筑结构设计中的运用

张欢

南京大学建筑规划设计研究院有限公司 ，江苏 南京 210000

摘要：由于剪力墙结构刚度较大，所以对风或小震作用下的层间位移角的限值要求和风作用下的舒适度的要求来说，就很容易满足。而且剪力墙承载能力大，空间布置的灵活度大，美观性也很强，因而近年来在别墅和高层建筑设计中受到了人们的高度青睐。优化建筑结构设计，是保障整体建筑工程质量安全的必要前提。本文论述了剪力墙结构的基本概念与优势，介绍了剪力墙配置数量要求及平面布置要点，并围绕转向空间结构设计、连梁设计、框架梁设计与边缘构件设计展开说明。

关键词：剪力墙结构；建筑结构设计；应用

引言：

伴随现代化城市建设进程的加快，建筑行业的发展取得了有目共睹的成绩。与此同时，社会对建筑工程质量的标准要求也不断提高。而建筑结构设计作为影响建筑工程质量安全的关键要素，受到业内人士的高度重视。为此，全面探究剪力墙结构设计形式在建筑结构设计中的实践应用具有实际意义。

1剪力墙结构的基本概念

剪力墙结构是指建筑结构内部配置的横纵向承重结构。在建筑结构内部的适宜位置安置墙体，可以有效抵抗水平作用力。且剪力墙还具有分割建筑空间的作用。在建筑工程中，剪力墙结构可以有效降低承载负荷力，减轻地震的不利影响，从而增强建筑结构的安全稳固性，维护公众生命财产安全。

剪力墙的结构形态与承力条件和形状板相似，剪力墙的受力程度与柱体相似。但需要格外强调的是，剪力墙的结构形态与柱体的结构形态存在很大差异。这也是剪力墙结构在建筑工程中的显著特征。

2剪力墙结构设计的优势特征

剪力墙结构的优势特征集中体现在如下几方面：①经济性。与传统框架式梁柱相比，剪力墙结构的投资成本更高。然而事实上，剪力墙结构的安全性能也更加突出。由于剪力墙是钢筋与混凝土混合而成的，不需要填充多余的钢材料，且整体建筑结构的安全稳固性良好。这也在很大程度上节省了时间成本和资金成本，保证了工程整体的经济效益。②稳定性。由钢筋混凝土组成的剪力墙结构，从外观形态方面来说，明显优于传统框架式梁柱结构。同时，剪力墙结构的支撑效果也更加突出。③连续性。在剪力墙结构设计中，划分不同区域的主要目的是分隔构件。按照水平方向或竖直方向的分布对各个区域展开维护，以此加强剪力墙的连续性。即便建筑格局是独立分化的，也可以构成一个完整体。④规则性。由于各建筑内部空间区域的作用不同，所以设计人员往往会划分不同的区域。剪力墙结构设计规则简便化，可以为各建筑内部空间区域的维护工作提供便利条件。

3建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用途径

3.1严格控制剪力墙配置数量

剪力墙并非是越多越好。在建筑结构设计中，相关人员要严格控制剪力墙配置数量，注重整体结构的均衡性与稳定性。若剪力墙配置数量过多，不仅会对整体结构的平衡性造成不利影响，还会在很大程度上增加投资成本，而这与企业的成本最小化理念相悖。

剪力墙结构设计往往需要大量的钢筋混凝土，进而增大剪力墙的密度，全面优化建筑物的抗震性能。如果剪力墙配置数量过多，则会在很大程度上增加建筑自体重量，进而降低建筑结构安全稳固性，削弱建筑结构抗震性能。为此，相关人员必须严格控制剪力墙配置数量。

3.2明确剪力墙平面布置要点

在剪力墙结构设计过程中，相关人员要结合不同墙型的特点进行设计。同时，根据建筑结构受力特征、墙体内部应力状态及破坏形态，优化调整钢筋配置数量与构造形式。建筑结构自体重量是剪力墙结构的垂直受力来源，而整体楼面荷载重量是剪力墙结构的水平荷载来源。为此，相关人员需结合剪力墙的荷载压力系数进行计算，从而确保整体剪力墙结构的抗震性能符合标准要求。

剪力墙结构设计的重点内容如下所述：其一，沿建筑平面主轴方向对剪力墙展开布局；其二，剪力墙结构平面设计要讲究对称性。其三，在温度应力或收缩应力较大的部位，优化剪力墙内部的钢筋配置。在剪力墙抗震性能设计中，尽可能的丰富平面布置形式，从而加强整体结构的抗震效果。

3.3优化转向空间结构设计的具体策略

通常，剪力墙承重结构多以横向承重板与纵向承重板交错排布形式为主。由此，构建完整且独立的承重系统。要想优化转向空间结构设计，就应沿主轴方向设置双向结构，形成承重结构内部空间体系，进而分担竖直方向与水平方向的重量荷载，加强水平荷载与竖直荷载的均衡性。与此同时，相关人员还可以利用剪力墙的侧向刚度对转向空间结构实行设计。在设计过程中，选择适宜的结构材料，降低墙体重量，扩大内部空间，进而增强结构的安全性与稳固性。

3.4优化连梁设计的具体策略

连梁是指剪力墙结构体系中，边端与平面布局相连接的过渡梁。连梁的主要作用如下所述：其一，实现墙肢的有效连接，充分发挥连体墙肢的优势作用；其二，优化内力传递路径，有效抵抗水平荷载力。结合大量的实践经验可知，由于水平荷载会增加连梁所受的剪切力，导致连梁出现不规则弯矩，最终连梁成为剪力墙结构的薄弱部位。

另外，水平荷载力会导致墙肢发生内力弯矩。同时，水平荷载力会沿着连梁进行传递。为此，在设计过程中，设计人员必须严格遵照标准规范对连梁进行设计。与水平荷载力相比，竖直荷载力对连梁弯矩的影响较小。只有水平荷载才会使连梁出现剪切形变弯矩。当剪切力超过连梁的耐受范围，则会导致连梁出现裂缝。优化连梁设计，不仅可以增强连梁的延展性，加大其抗剪能力，还可以有效减轻剪切力破坏情况。在实际设计过程中，若连梁是开洞形成的，且跨度与高度比例低于5倍，则相关人员应严格参照《高层建筑混凝土结构技术规程》与《建筑抗震设计标准规范》进行设计；若连梁的跨度与高度比例超过5倍，则仅需参照框架梁结构设计即可。

3.5优化框架梁设计的具体策略

框架梁是指剪力墙与框架相连接的部位。通常来说，连接方式主要包括框架梁与剪力墙平面外连接、框架梁与剪力墙平面内连接两种。这两种连接方式存在本质性差异。针对框架梁与剪力墙平面外连接方式而言，其与普通框架梁设计存在极高的相似度。但需要格外强调的是，设计人员要充分考虑剪力墙伸出梁纵向钢筋的锚固处理。

剪力墙厚度多在200毫米左右，这使得梁纵向钢筋伸入剪力墙内锚固段弯折前的水平投影长度无法达到标准要求。针对此种情况，设计人员应采取适宜的锚固方式，对伸出梁纵向钢筋实施加固处理，避免发生锚固破坏问题，实现预期建设目标。

在框架梁连接过程中，若梁体跨度与高度比例超过5，可以参照框架梁展开设计；若梁体跨度与高度比例在5~6范围内，框架梁受力状态处于框架梁与连梁之间，并且需要增设配筋梁。总之，相关人员需参照实际情况，选择适宜的框架梁与剪力墙连接方式，以优化框架梁设计。

3.6优化边缘构件设计的具体策略

在剪力墙结构设计过程，设置边缘构件是一项至关重要的内容。结合以往积累的实践经验可知，配有约束边缘构件的矩形截面剪力墙的承载负荷力明显优于未配置约束边缘构件的矩形截面剪力墙，且承载负荷力提升约40%。按照边缘构件功能差异，可将其划分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。在设计过程中，设计人员要结合实际情况，选用适宜的边缘构件。若墙体平均轴压比大于规定值，则应设置约束边缘构件；若相邻上一层轴压比小于规定值，应设置构造边缘固件。设计人员需要选择适宜的边缘构件类型，以加强整体结构设计效果。

结束语

综上所述，在建筑结构设计中，明确剪力墙结构优势特征，严格控制剪力墙结构配置数量，且全面掌控平面设置要点，可以有效提升建筑整体设计效果，增强建筑结构的安全稳定性，进而促进工程的顺利竣工。

参考文献：

[1]袁海梅，郜志远.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究[J].建材与装饰.2019(07)

[2]张修广，冯学刚.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].居业.2019(02)