剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

陳宗泉

摘要： 隨著我國經濟的快速發展，對建筑物質量與外觀的要求越來越高，在建筑結構設計中應用剪力墻結構能提高抗震性能與抗側剛度，顯著提升了建筑的穩定性與安全性。剪力墻結構在建筑中主要起支撐作用，同時簡化了施工步驟，縮短了工程，提高了建筑企業的經濟競爭力與社會競爭力。本文詳細分析了剪力墻結構的特點種類與設計原則，并探討了其在建筑結構設計中的具體應用，希望能以此為建筑質量保駕護航，促進建筑企業向著更好的方向發展。

Abstract： With the rapid development of China's economy， the requirements for the quality and appearance of buildings have become higher and higher. The application of shear wall structures in the design of building structures can improve the seismic performance and lateral stiffness， significantly improving the stability and safety of buildings. The shear wall structure mainly plays a supporting role in the construction， at the same time， it simplifies the construction steps， shortens the construction， and improves the economic competitiveness and social competitiveness of the construction enterprise. This paper analyzes the characteristics and design principles of the shear wall structure in detail， and discusses its specific application in the architectural structure design. It hopes to escort the construction quality and promote the construction enterprises to develop in a better direction.

關鍵詞： 剪力墻結構設計；建筑結構設計；設計原則；具體應用

Key words： shear wall structure design；architectural structure design；design principle；specific application

中圖分類號：TU398+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0192-02

0 引言

現階段，剪力墻結構已經廣泛應用于建筑行業，能夠滿足現代社會的發展需求，為建筑行業的可持續發展注入了源源不斷的動力。剪力墻結構設計是建筑結構設計中的重要內容，有效優化了建筑物的各項性能，直接影響著施工質量與效率，應加強重視，提高剪力墻結構的設計水平。與發達國家相比，我國在這方面的研究起步較晚，還存在較多問題急需解決，應積極探索研究，盡量提高剪力墻結構的強度與剛度，為建筑企業的長久發展提供有效助力。

1 剪力墻結構概述

1.1 剪力墻結構簡介

剪力墻結構是影響建筑物整體性能的關鍵因素，建筑企業應認識到優化其設計效果的重要性與必要性。剪力墻結構是用來承擔風荷載與水平荷載的墻體，具有良好的強度與剛度，能夠在地震發生時瞬間吸收地震能量，避免墻體被破壞。剪力墻又稱為抗風墻、抗震墻或結構墻，是建筑物的重要承重墻。剪力墻結構的應用提升了建筑整體結構的可靠性與穩定性，能夠避免破壞建筑結構。一般來說，混合結構、框架結構及框筒結構等是傳統建筑施工中的常用方法，隨著科學技術的不斷發展，建筑行業融入了很多新元素，剪力墻結構以其抗側剛度大、用鋼量小、抗震能力強的優勢迅速在建筑行業普及，已經成為應用最廣泛的新型結構。鋼筋混凝土是剪力墻結構施工中的主要材料，能夠承受墻體來自豎向與橫向兩方面的壓力，具有良好的經濟效益與社會效益。

1.2 剪力墻特征及種類

剪力墻結構的安全性與可靠性較高，能夠為人們的生命財產安全保駕護航。剪力墻結構的抗壓能力強、剛度大、側移小，能有效應對各方應力，同時提高了墻面的平整度與美觀性，能夠滿足人們對生活質量的要求。正如硬幣具有兩面，剪力墻結構也存在一定缺陷，施工難度大，且工序繁瑣，需要優化資源配置才能保障施工質量。在實際施工中，剪力墻結構種類繁多，有效提高了房屋建筑的質量與性能，其主要結構包括以下幾類。其一是實體型，該類剪力墻結構的開洞面積較小，不存在反彎點，彎矩圖較為穩定。其二是小開口型，由于開洞面積較大，彎矩圖極易在連梁處突變，但同樣不易發生反彎點。其三是多肢型或雙肢型，該類剪力墻結構與小開口型類似，墻體開口較大。值得注意的是，不同種類剪力墻的自身特點與適用范圍存在差異，設計人員應綜合考慮各方因素后再進行選擇。

2 剪力墻結構設計原則

剪力墻結構設計質量與建筑結構設計效果息息相關，因此，設計人員須在具體工作中遵循以下幾項原則，以免影響設計質量與效率。

2.1 墻體受力分析

對墻體進行受力分析是剪力墻結構設計的基礎與前提，對整體設計效果有著重要影響。墻體是建筑物的支撐結構，需要承受來自各方的壓力，例如水平方向的剪力和彎矩，還有豎向壓力，能保證建筑結構的牢固性與穩定性。剪力墻是一種平面構件，研究其受力情況能更好的進行后續工作，大大提升了設計水平，保證了墻體質量及使用效果。

2.2 平面內搭接

剪力墻結構在建筑施工中取代了傳統梁柱，受力更加均勻。該結構在同一平面內對自身剛度和承載力有著特殊要求。首先，剪力墻結構的平面布置方向需與主軸方向保持一致，嚴格控制對直與拉通問題，以免影響墻體的強度與剛度。在實際施工中，剪力墻應盡量連接在一起，以此充分發揮剪力墻結構的優勢。其次，進行垂直方向上的設計時應按照從下往上的形式進行連續布置，保證剛度均勻分布，避免發生剛度突變。再次，根據設計需要與實際情況確定剪力墻結構數量，密集的剪力墻結構對抗側力剛度影響較大，一定程度上加大了墻體重力，不利于平衡建筑受力。最后，應盡量避免面外的梁體與剪力墻連結，原因是平面外的剛度和承載力較小，容易出現彎矩突變問題。同時還可以按照施工標準加固剪力墻結構，確保墻體內外安全。

2.3 調整超限

調整超限是剪力墻連梁設計的關鍵內容，根據相關標準與施工經驗，為了保證彎矩與剪力不超出規定范圍，剪力墻的連梁跨高比不得小于2.5米，盡量避免出現施工質量問題。如果特殊建筑的連梁跨高比在5米以上，則應按照框架梁的標準進行結構設計，在不折減剛度的情況下提高剪力墻的安全性。有些建筑的連梁跨高比在5到6米的范圍內，此時需要適當折減連梁剛度，以此達到控制彎矩與剪力限度的目的。總之，調整剪力墻連梁超限能夠降低施工成本，幫助建筑企業用做小的成本創造更大的利潤，進而為企業的健康發展奠定堅實基礎。

2.4 剪力墻長度及厚度的選取

剪力墻長度與厚度選取的合理性與建筑結構的穩定性、牢固性密切相關，設計人員應全面掌握工程基礎知識，了解剪力墻結構的施工特點，從而科學合理地選擇長度與厚度。剪力墻結構的長度也就是墻肢長度，設計人員應綜合考慮方方面面的因素，將長度控制為8厘米，在保證墻體結構延展性的基礎上降低斷裂問題的發生概率。在厚度設計中，應考慮當地的地震情況。受我國特殊地理位置的影響，很多地區經常發生不同等級的地震，對人們的生命安全造成了嚴重威脅。按照我國的抗震規定，剪力墻結構的厚度不得小于200毫米，同時還需要大于或等于建筑物整體高度的十六分之一。合理控制剪力墻長度與厚度能有效增加強度，提升了建筑物的整體質量與功能。

3 剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

3.1 平面布置

進行剪力墻平面布置時應遵循對稱原則，統一安排剪力墻的質量中心與剛度中心，使其完全重合，避免出現扭矩及類似現象。剪力墻結構一般包括內外兩層，需要保證內外剪力墻拉通與對直，盡量控制不均衡的作用力，盡可能避免裂縫問題。隨著建筑物高度的增加，單向墻結構已經無法滿足支撐要求，應沿著主軸方向雙向甚至是多項設計剪力墻結構。研究表明，剪力墻結構的抗震性能優良，適合在地震頻發的地區推廣。進行抗震功能設計時應逐漸淘汰單向墻的設計模式，提高剪力墻強度，從而充分發揮其抗震能力。抗側剛度與建筑質量及施工成本密切相關，剛度過大，不僅增大了建筑成本，還會增加墻體自重，建筑物的各項性能也會隨之減弱，嚴重降低了安全性與經濟性。抗側剛度設計需考慮多方因素的影響，確定具體數值時可根據相關公式進行計算，并將計算結果與標準數值進行對比，判斷其是否合理。

3.2 剪力墻連梁鋼筋配置

鋼筋是剪力墻結構設計中不可或缺的重要材料，現階段，大量的高層及超高層建筑如雨后春筍般佇立在城市中，鋼筋的應用降低了墻體自重，提高了剪力墻的承載能力與抗震能力，在設計工作中應通過以下措施合理配置剪力墻連梁鋼筋。①折減連梁剛度。一般情況下，連梁的截面積較大，但跨度較小，對剛度進行折減能保證墻體質量與強度。②增加連梁跨度。連梁剛度折減完成后一定程度上提高了墻體的整體承載力，但仍有可能發生坍塌問題，需要適當增加連梁跨度，進一步降低連梁剛度，以此提高其抗震能力。③增加連梁的截面寬度。連梁的受剪承載力與其寬度呈正比例關系，截面寬度增加后每部分連梁分擔的承載力變小，大大提高了建筑物安全性。④選用跨高較小的高連梁。該措施能盡量滿足整體剛度。⑤墻身鋼筋配置。根據抗震等級不同，其配筋率也存在較大差異。一般來說，四級抗震的配筋率不得小于0.2%，如果等級較低，配筋率可適當降低，但不得低于0.25%。⑥嚴格把控鋼筋質量。建筑企業應從正規渠道購進建材，并進行嚴格的質量檢驗，避免存在以次充好的問題，從而為剪力墻施工質量與安全保駕護航。

3.3 剪力墻結構計算

計算結果的準確性與合理性直接影響著剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用效果，建筑企業應安排專業人員完成該項工作，并事先通過專業培訓提高工作人員的專業水平與綜合素質，進而提升計算工作的質量與效率。在計算過程中，工作人員不僅需要明確設計要求，還應全面了解實際的施工情況，只有進行實地考察后獲得更準確的數據才能進行剪力墻結構計算。舉例來說，如果建筑物存在地下室，需要以指定層數為基數進行計算，確保剪力墻結構可以承受足夠的壓力。另外，建筑結構整體的彎曲變形較小，在計算過程中可忽略樓間彎曲變形，以免增加計算量。隨著科技水平的不斷提高，計算機技術與網絡技術逐漸發展，工作人員需利用現代信息化技術（CAD技術或其他計算軟件）輔助完成計算內容。傳統手工計算耗時長、效率低，還容易出現差錯，信息化技術的應用有效解決了這一問題，解放了人力，一定程度上節約了人力成本，還大大提高了計算準確性，提升了剪力墻結構的整體性能。

4 總結

近年來，建筑行業的發展形勢越來越嚴峻，建筑企業要想在激烈的市場競爭中占據有利地位就需強化剪力墻結構設計工作，保障建筑結構的安全性、美觀性與功能性。剪力墻結構設計對整體設計質量有著至關重要的影響，設計人員應加強重視，明確剪力墻的種類與特點，嚴格遵循相關設計原則，加強平面布置與剪力墻連梁鋼筋配置，保證計算的準確性與有效性，從而提高建筑設計水平，促進建筑行業的進一步發展。

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