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建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略张爱忠

发表时间：2021/4/20 来源：《基层建设》2020年第32期作者：张爱忠王绍腾

[导读] 摘要：随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势，特别是建筑工程其发展程度极为显著。

       上海联创设计集团股份有限公司青岛分公司山东青岛 266000
       摘要：随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势，特别是建筑工程其发展程度极为显著。建筑结构设计决定了整个项目的建设质量和建筑体的使用寿命，因此，提高建筑结构设计质量成为施工建设中的重点内容。
       关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；应用策略
       引言
       剪力墙作为建筑结构设计的重要组成部分，其主要承受建筑的竖向力和水平力，具有抗震能力强、用钢量少、抗侧刚度大等特点。通常在建筑结构内部布置的剪力墙越多，其抗震性能就越好，但是如果布置过多，也会给工程造价带来不小压力。因此，应根据项目实际情况和剪力墙结构设计原则，以剪力墙结构特点为基础，注重设计过程的科学性与合理性，并对设计中存在的问题及时分析，适时解决，才能保证剪力墙结构的稳固性，达到建筑结构设计的经济性和合理性的最终目标。
       1建筑剪力墙结构总体认识
       1.1建筑剪力墙结构概述
       一般来讲，建筑剪力墙结构是由多重横、纵钢筋混凝土墙及楼盖所构筑的空间结构，其墙体具备抵抗外界风力荷载及地震引发的水平荷载和竖向荷载的作用，从其功能作用的一般意义讲，建筑剪力墙又称为抗震墙。在现代建筑工程中，建筑剪力墙是高层建筑的常用结构形式，由于建筑剪力墙的作用，其自身平面内的刚度大、强度高，受水平作用力影响弱，墙体侧移不易发生。因其具备抗风、抗震的作用，被广泛应用于高层建筑结构建设中。在现实建筑构造中，建筑剪力墙多采用现浇或预制件组装的形式，以钢筋混凝土的形式进行剪力墙浇筑，与梁、柱结构一同浇筑，以保障剪力墙的强度和稳定性。
       1.2剪力墙结构的优势
       剪力墙结构最主要的优势在于美观、稳定性强、经济性高。其中，稳定性强来源于剪力墙较强的刚度与承载力，可以有效抵御外部荷载，对于水平荷载的抵抗作用更为明显，因此，剪力墙结构设计能够有效加强建筑整体的稳定性，这也是剪力墙结构应用最主要的优势。经济性高指的是剪力墙通常会选择混凝土浇筑的施工方法，能够在保证剪力墙综合性能与作用的基础上降低钢材的用量，因此成本投入较少，这也是剪力墙结构获得广泛应用的优势之一。美观性是在经济快速发展、人们对生活质量的追求越来越高的背景下对建筑建设的要求发生了转变，剪力墙结构可以将建筑内部分隔墙和承重墙有效结合，特别是隔断墙设计，能够留余更多的建筑内空间，提高使用功能的同时也提高了整体的美观性。
       1.3剪力墙结构的受力特点
       剪力墙结构承受水平和纵向的双重荷载，但其主体作用在于承受平行于墙体结构的水平荷载。剪力墙结构内外的刚度大小差异突出，平面内部的刚度大，外部刚度小，形成鲜明的反差。在剪力墙结构侧向稳定中，楼盖的支撑作用不可忽略。在水平荷载作用下，墙体如同1根底部嵌固于基础顶面的直立悬臂深梁，墙体属于压、弯、剪复合受力状态。
       2建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略
       2.1基础方案及承重构件的设计
       按照建筑周边的地质环境及水文情况制定剪力墙结构设计方案，明确周边的建筑群分布及施工技术工艺，进行合理规划与设计，进一步提高基础方案的设计效果。设计人员需要在原本的基础方案上进行修订与整改，按照建筑工程的建设环境，在有关标准框架中规划好承重构件，确保建筑主结构能够安全稳定。在剪力墙承重构件的设计上，设计期间需要重点考虑墙体配筋率，剪力墙的竖向及水平分布筋的最小配筋率要在0.25%以上，部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率则要保证高于0.3%。

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在剪力墙结构设计时，设计人员需要明确基础方案的重要性，重点控制承重构件的设计及优化，选择科学的方法确定建设标准及工艺参数，避免承重构件设计误差带来的质量隐患，提高设计方案的可行性。
       2.2剪力墙厚度设计
       剪力墙结构墙厚设计与建筑稳定性设计相统一，设计人员要明确剪力墙厚度要求，采用合适的厚度设计，墙厚大于300mm时，则需要在端部中间设置钢筋，并沿墙肢方向设置箍筋，以满足剪力墙稳定性、刚度和强度的要求。另外，为了给后期建筑施工带来便利，在设计墙的厚度时，应以结构层高最小值来选取合适的剪力墙结构厚度；结构厚度确定后要对剪力墙结构支撑点进行明确，如支撑点可以采用剪力墙与剪力墙相交处及剪力墙与楼板交接处等；为了达到高层建筑结构的抗震要求，应以建筑层数及施工材料来加强底层结构设计，若建筑物处于地震频率较大区域，还应加强底部剪力墙结构厚度，以此提高建筑整体结构的抗震性能，达到剪力墙结构的抗震效果。
       2.3连梁设计
       连梁具有跨度小、截面大的特点，同时与连梁相连的墙体刚度也较大。连梁通常在风荷载和地震荷载作用下的内力很大，连梁抗剪强度不足是设计中经常遇到的问题，如设计达不到强剪弱弯的要求会产生弯曲破坏。在计算中，由于对其刚度进行拆解，而在地震作用下仍然会有很大的弯矩和剪力，所以造成设计困难，如果增加连梁高度，配筋值也会随之加大。《高层建筑混凝土结构技术规程》对其剪力墙设计值进行了严格限制，因此在结构计算中，剪力墙连梁经常会出现截面不足、抗剪不足的超限情况，针对超限问题可采取相应的处理方法，如减小连梁刚度、考虑连梁开裂后的刚度降低、采用交叉协筋和普通箍筋共同抗剪、提高混凝土等级等。在众多处理超限的方法中，当剪力墙连梁截面不满足抗震验算要求时，可采取减小连梁刚度的方式，连梁刚度减小后，可有效降低连梁弯矩、减小连梁剪力设计值。通常减小连梁刚度的方法有减小连梁截面高度、增加连梁跨度、设置水平缝形成双连梁和多连梁等。减小连梁截面高度虽然能减小连梁剪力设计值，但是其抗剪截面也会随之减小，所以这种方法不一定有效；加大连梁跨度，虽然可在不增加刚度的情况下提高抗剪能力，但连梁加宽时，同时也要加宽剪力墙厚度，这种方法从使用功能和经济性上都不适用。对此，采用设置水平缝形成双连梁的措施更加符合本工程的整体设计。在SATWE软件的“设计模型补充定义（标准层）”中的“特殊梁”内设置“单缝连梁”或“多缝连梁”，连梁高度按设缝后小连梁的高度输入，连梁的截面宽度为原有连梁截面宽度的两倍。每等分小连梁配筋相同，纵向钢筋和箍筋≥整体计算结果输出配筋截面面积的1/2，为了保证结构的整体性，上、下连梁间的水平缝可以采用轻质材料填充，水平缝位置要避开楼板连接部位。通过第三种措施，本工程的连梁超限问题得到有效解决。
       结语
       随着建筑高层化的发展，剪力墙结构的应用将会越来越广泛，而在建筑结构设计中应用剪力墙结构时，如何进一步加强剪力墙结构的质量，改善剪力墙结构体系则成为当下需要解决的问题。设计人员需要在设计中进行创新和优化，积极借鉴国内外剪力墙结构设计的先进理念、技术、经验，根据项目的实际情况灵活调整，以确保剪力墙结构设计的可行性。
       参考文献：
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