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建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略胡师锋

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：胡师锋

[导读] 摘要：剪力墙设计是建筑工程设计中的主要内容，有利于保证建筑结构的稳定性。

        华南理工大学建筑设计研究院有限公司广东省广州市 510640
        摘要：剪力墙设计是建筑工程设计中的主要内容，有利于保证建筑结构的稳定性。本文主要对建筑结构设计中剪力墙结构的种类及在建筑中的具体应用策略进行分析。
        关键词：建筑设计剪力墙结构设计
        引言
        建筑剪力墙设计中具有多种类型，在建筑施工设计中剪力墙的建设一般采用打孔的方式进行施工，孔洞的数量以及大小不等。通过最新研究结构发现，剪力墙的性能以及结构形式与建筑中的孔洞具有直接关系，影响剪力墙的受力情况。
        1剪力墙的分类
        1.1整体墙
        剪力墙结构自身具有较强的稳定性，而且抗拉和抗压能力都比较强，整体墙孔洞比较大，但是数量少，部分墙体上并没有设置孔洞，从受力方向上来看属于竖向受力的情况。从水平结构来看，较大的荷载会使剪力墙的高度和宽度扩大，导致墙体界面出现变形的情况。整体墙截面虽然可能会出现变形，但是仍然是符合剪力墙标准的，墙体正面在应力的影响下形成线性分布，使墙体始终保持安全性和稳定性。
        1.2小开口墙
        小开口墙也是剪力墙结构中比较常用的一种模式，剪力墙的孔洞面积如果不断变大的情况下就会形成小开口墙。从墙体的水平结构来看，荷载的压力会导致小开口剪力墙结构受到影响，使得墙体截面存在正应力，而这些正应力的分布呈现规范性，属于偏离直线分布[1]。这种力的分布方式，会使剪力墙的局部弯应力与主应力之间互相叠加，如果这种叠加力不产生反弯点的情况下，小开口剪力墙形成。
        1.3联肢墙
        联肢墙与小开口墙相似，都是孔洞比较大的墙体，如果开孔连接位置强度比墙肢小时，水平荷载将导致剪力墙连接位置出现反弯点的情况。这种结构中每个墙肢都是独立的个体，并独立发挥作用。而这些独立的墙肢个体进行连接就会形成剪力墙，这种剪力墙也被称为联肢墙。
        1.4壁式框架墙
        建筑剪力墙中孔洞最大的墙体为壁式框架剪力墙，墙体的孔洞越大，墙肢的独立性越强，如果孔洞连接位置强度远远超出墙肢时，剪力墙的受力情况也会发生变化[2]。壁式框架墙与框架结构墙体具有相似性，在负荷的情况下截面会出现弯矩的情况，而且建筑内墙还可能会引起比较多的反弯情况。
        2高层建筑剪力墙结构抗震设计的技术要点
        2.1框架抗震性能的优化
        第一，注重框架结构角柱的增强。在连接横纵框架的时候，角柱非常关键，如果能够增强角柱的抗剪性能，就可以对应增强框架结构整体性，这样就可以改善其框架的抗震性能。第二，针对偏交斜撑等辅助性构件的使用，或是利用弯曲能耗直接取代轴变耗能方式，都能有效改善框架的抗震性能，并且折曲支撑还能够利用钢纤维混凝土杆的制备，其偏心连接支撑材料主要是通过钢杆或者是劲性钢筋混凝土杆。第三，在外围的框架平面上做好钢筋混凝土剪力墙墙板的添加操作，可以规避框架剪力滞后的问题，并且可以实现其刚度与整体性的改善，控制结构侧向移动幅度。特别是需要减小层间位置，其主要包含了k或x形支撑，当然还要采取合理有效的措施避免发生延性降低的问题；当出现了严重地震灾害的时候，不仅可以利用辅助性构件，让框架先行屈服或者出现形变而消耗地震能量，进而降低地震带来的危害，同时在辅助性构件变形失效之后，在稳定体系层面上就会明显改善其整体结构，进而让建筑的自振周期出现明显的变化，这样就可以规避地震灾害引发的共振效应。
        2.2剪力墙抗震能力的提高
        第一，合理规划墙肢面积，也就是将墙肢面积减小，通过机构形式直接构成双肢墙或者多肢墙，严格控制裂缝与屈服部位出现在结构竖缝与洞口连梁位置，进而构成耗能结构。这种模式的剪力墙会降低刚度，当地震灾害出现的时候可避免出现剪切破坏或者底部墙体过早屈服的现象，以此减少灾害带来的影响。

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第二，在设计超高层剪力墙结构的时候，还需要添加梁柱结构构件，这样就可以形成边框剪力墙，如此也可以规避斜向裂缝扩展到相邻结构的问题。另外，还可以在剪力墙被严重破坏之后发挥其承载作用。当然，前提条件是边框结构本身拥有斜截面的承载性能，这样才能在出现剪力墙开裂事故之后对梁柱所形成的附加剪应力产生抵御作用，达到预期的抗震效果，提升其对应的剪力墙抗震性能。
        3建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用
        3.1科学控制剪力墙的弯矩
        建筑工程中剪力墙结构的设计需要结合实际工作要求，对剪力墙的结构以及特点等进行分析。剪力墙自身的抗压能力以及承载力比较强，但是平面外的承载力相对来说却比较低。导致剪力墙连接的位置可能会由于外部承载力能力差的情况导致墙体出现弯矩，这也是剪力墙比较容易出现的问题。针对这个问题首先在剪力墙设计中需要控制好弯矩[3]。可以在剪力墙墙面连接的位置设计与剪力墙外侧的连接结构。具体的操作中可以先设计梁轴线的位置，并结合轴线的位置和方向以及剪力墙的方向，合理计算弯矩，保证设计的科学性。同时，做好扶壁柱的设计工作，合理设计扶壁柱可以提升剪力墙的强度和刚度，保证剪力墙质量。如果在剪力墙设计中出现扶壁柱设计问题，需要及时更改设计，如果无法更改，必须立即采取有效的改善措施，可以通过在梁墙间设计暗柱的形式做好配筋的预估和计算，控制好弯矩。此外，也可以设计对梁端稳定构件对弯矩进行控制。
        3.2强化剪力墙的延伸处理
        建筑剪力墙设计中需要考虑可延伸性的问题，通过科学的方法和手段优化剪力墙的设计结构，保证剪力墙延伸能力符合要求。通过剪力墙结构建设形式的分析可知，剪力墙自身具有延伸性的特点，但是要想保证延伸性作用的发挥，还需要采取有效的手段，提升剪力墙结构的灵活性和使用的耐久性[4] 。剪力墙结构设计中，必须对建筑物的承载水平标准和要求进行明确，保证设计的科学性。
        3.3合理控制剪力墙厚度
        建筑墙体设计工作开展中，需要保证建筑墙体的厚度满足建筑标准，提升剪力墙的承载能力，有效预防墙体结构损坏，实现对剪力墙墙体寿命的延伸，并强调剪力墙质量的安全性。建筑剪力墙结构设计中，还需要剪力墙厚度与规划要求相符，结合具体施工情况，可以适当在剪力墙中设置一些构件，做好建筑剪力墙的支撑作用，使剪力墙结构质量能够与建筑规划要求相符。
        3.4强调建筑设计人员培训
        建筑结构中剪力墙设计人员的能力和素质直接影响剪力墙的质量，为了提升剪力墙的质量，保证剪力墙的稳定性，需要加强对设计人员的培训，保证建筑人员各项专业能力过硬，并能够结合现场实际做好剪力墙设计工作，保证剪力墙的合理性。首先企业在设计人员招聘的过程中需要先对设计人员的资质以及设计能力进行审核与考核，加强对设计人员工作理念以及核心素养进行分析，选拔出更优秀的剪力墙设计人员。同时进入到公司内部后也需要做好设计人员的培训工作，保证每个设计人员都能够掌握剪力墙设计理论知识和技术能力，并符合公司对人才的要求[5] 。
        结束语
        建筑剪力墙的设计中存在多种剪力墙形式，不同剪力墙的应用工程存在一定的区别，因此需要结合具体工程情况选择合理的剪力墙。同时在剪力墙设计和施工中需要做好剪力墙位置、弯矩、延伸以及厚度等方面的处理，并做好人员的培训工作，保证剪力墙设计和施工的合理性。
        参考文献：
        [1]周易凯.结合某装配式高层剪力墙结构谈连梁剪压比超限[J].山西建筑,2021,47(08):63-65.
        [2]单志伟.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略[J].中国建筑金属结构,2021(03):72-73.
        [3]石若利,袁晓蝶,张军.超高层剪力墙结构住宅抗震设计研究[J].城市建筑,2021,18(05):134-136.
        [4] 金雪峰，于彦召，黄春杏，等．某超限高层住宅型钢混凝土框架转换结构设计[J]．建筑结构，2019，49（05）：90-95．
        [5] 付国忠，陈泗瑶，徐亚飞，等．长沙某超限高层结构抗震设计与分析[J]．建筑结构，2019，49（S2）：264-268．