介紹建筑結構設計中剪力墻結構的應用

趙林

【摘要】本文以建筑工程作為研究主題，選取與建筑結構設計密切相關的剪力墻結構作為研究對象，重點探討建筑結構設計中剪力墻結構的應用問題。具體論述中結合日常工作經驗對剪力墻結構的主要特征與比較優勢進行了簡要介紹;然后從應用的角度，對剪力墻結構在建筑結構設計中的有效應用進行了具體分析。

【關鍵詞】建筑;結構設計;剪力墻結構;應用

中國的傳統建筑以木石結構為主體，改革開放后，隨著向現代化的轉型發展，建筑結構主體轉向了鋼筋混凝土。當前，我國建筑行業的發展已進入到了穩定期，無論從建設規模與資源投入方面觀察，建筑行業的整體發展正在向品質化與綠色化的新階段轉型。下面以此為背景結合當前的剪力墻結構應用實踐對主題展開討論。

1、剪力墻結構的主要特征及比較優勢概述

建筑物中的剪力墻可承擔豎向荷載、抵抗水平荷載，隨著現代建筑行業的快速發展，新材料與新技術及新設備的普遍化推廣，對于這種剪力墻結構的要求越來越高。從其主要特征方面觀察，現代建筑結構中的剪力墻結構突出了它在物理屬性層面的比較優勢，具體如下：首先，剪力墻以其傳導豎向荷載的比較優勢，凸顯了在自然災害引發的荷載傳導方向的基本特征，如針對水力、風力、地震力，就可以較好的起到阻抗作用。其次，剪力墻結構以其特有的布置方式可以實現延性墻體的科學布置，并沿主軸實現抗震第二道防線，從而達到抗彎長度與抗脆性能。第三，剪力墻結構固有的特點滿足了預埋階段的水電暗裝需求，有利于土建部分施工的裝配式施工，并在不同的建筑結構設計及施工部分，實現前期整體施工與后期分解施工。比如，現階段的建筑框架施工主要采用整體施工方式，而在內部的陽臺外接與內部梁體施工等方面，均可以采用分解式施工方式。大大地提升了建筑結構設計的優化，增強了建筑施工環節的靈活機動性。

2、剪力墻結構在建筑結構設計中的應用分析

下面結合工作經驗，主要從剪力墻墻肢、邊緣構件、其它應用三個方面進行應用分析。

2.1剪力墻墻肢方面的應用分析

在建筑結構設計中，要實現科學合理的應用剪力墻結構，并使其發揮充足的性能，就需要在結構設計中，根據建筑工程的實際情況，在平面上均勻的、兩個方向合理布置剪力墻的位置。經驗表明，墻肢過長或過短均會對整體結構產生負面影響，通常條件下，墻肢長度滿足高厚比大于4，且最長不超過8m。墻肢的厚度根據建筑高度盡量控制和建筑砌體厚度相同，這樣能滿足其美觀。盡量避免短肢剪力墻，現在建筑墻體普遍使用200mm砌體，墻體長度最優選擇在1600mm（高厚比8）。并且盡可能設置翼墻端柱，避免一字墻，以增加剪力墻雙向剛度。剪力墻墻體一般布置在樓梯間、電梯間形成筒體，其他部位均勻布置，盡可能在建筑四角布置兩個方向的剪力墻，可適當加厚，滿足整體指標的控制。

2.2剪力墻邊緣構件方面的應用分析

建筑結構設計中剪力墻結構的應用，需要通過設計環節的整體把握提高應用效果。在剪力墻肢結構設計優化的基礎上，可以通過對剪力墻邊緣構件的合理設計提高經濟有效性。首先確定底部加強區范圍：從地下室頂板算起，取1/10房屋總高度和底部兩層的大值。一、二、三級剪力墻一般情況均要在底部加強區及其上一層設置約束邊緣構件，四級剪力墻和一、二、三級剪力墻的其他部位設置構造邊緣構件。邊緣構件有暗柱，端柱，翼墻三種方式;盡可能使用端柱，翼墻，避免暗柱形式的邊緣構件，從而增強結構雙方向的剛度平衡。在實際應用中，計算配筋率時，可考慮剪力墻普通墻體水平鋼筋伸入邊緣構件，滿足配筋率，節省鋼筋用量，優化設計。合并接近的墻肢，滿足最小配筋率的前提下，減少鋼筋浪費。剪力墻墻身中間部位應力小，無設置邊緣構件的必要，可設置扶壁以滿足梁的搭接。由于短肢墻的抗震性能較差，規范規定短肢剪力墻承擔的傾覆力矩大于30%時，稱為具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構，房屋最大適用高度降低。所以在設計中，應盡量避免短肢墻。

2.3其它方面的應用分析

在其它應用方面可以采用連梁設計、模型設計等方法。以連梁設計為例，它起著連接墻肢的作用，具有抗彎變形的能力，在實際設計時，需要對剪力墻結構進行參數分析與計算，進而確定其截面的最佳尺寸;同時，以此方法對跨高進行具體數據計算。其中的關鍵在于對連梁剛度的有效控制，通常設計經驗也表明剛度的控制往往會因設計時的綜合因素考慮而偏大，所以建議在實際的設計方案中，應該根據實際施工中對剛度的折減經驗分析，提示相應的經驗值，從而減少因設計可能造成的施工操作難度。目前也可以采用內力向墻體的轉換方式達到解決該問題的目標。需要注意的是，折減指數與防裂指數之間的正比例關系，折減指數控制在0.5以上，進而為剪力墻連梁設計的有效性提供保障。

另外，在當前的建筑結構設計中對剪力墻結構的應用，已經引入了3ds MAX建筑與BIM設計建模技術，可以根據二維平面設計圖轉換出3ds MAX模型并進行具體的應用分析;也可以直接根據設計參數，將各類要素的數據帶入BIM設計模型之中，運用相關軟件完成應用分析。

結語：

現代建筑結構設計，不僅關系到建筑的安全性與實用性，它更多地呈現著現代建筑的功能特征。結合以上初步介紹與簡要分析可以認識到，現代建筑結構設計中的剪力墻結構因其功能特性的顯著性，囊括了諸多配置要素，包括對整體建筑的承重功能、對不同工種安裝施工需要滿足的隱蔽功能、對自然災害的防御功能、對建筑結構設計的優化功能等。因此，為了提升應用的有效性，在后續的研究中應該增強針對不同功能的專題研究，進而為其未來的功能優化提供經驗積累與理論支持。

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