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建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用分析

李蕊
摘要：当今社会，随着城市的发展，高层建筑也越来越多，建筑的安全和美观要求也日益提升。剪力墙结构的使用使得建筑抗震性能优越，建筑工程中用钢量少、经济实惠，且结构不漏梁柱，外形美观，因此，剪力墙结构在高层建筑中的设计中用的越来越广泛。
关键词：建筑结构;设计;剪力墙;结构设计;分析
在建筑结构设计中，剪力墙结构作为其中极为重要的环节，在建筑领域得到广泛应用。剪力墙结构具有整体性能良好、承载力及抗震力较好、弹塑性形变性能优良、侧向具备极高刚度等特点。相较于框架结构，剪力墙结构的变形能力及承载力更加优良，在地震中坍塌的剪力墙结构相对较少。在实际建筑施工中，剪力墙结构并不适用于各个建筑结构，设计人员要结合实际情况，制定适宜的剪力墙结构设计方案，以保障建筑结构设计的有效性。
一、剪力墙结构概述
（一）关于剪力墙的内涵
剪力墙作为建筑结构中常用的一种构件，也被称为抗风墙、抗震墙或结构墙。剪力墙在建筑物中的科学应用，主要用来承接风荷载或当发生地震时，承载水平荷载。依据剪力墙洞口大小、数量多少、排列措施等要素，可划分为不同类型。一是整体墙，当门窗洞口面积的总和小于剪力墙面积的15%，且洞口边长尺寸小于洞口之间净距及孔洞和墙边之间的净距，则被称为整体墙。二是框支剪力墙，若建筑低层对空间的需求量略大，利用框架结构，承载上部剪力墙结构。在地震高发区域，设计人员在制定建筑结构设计方案时，不宜仅采用框支剪力墙结构。三是壁式框架，洞口尺寸偏大，连梁线刚度和墙肢线刚度相互贴近的墙体被称为壁式框架。
（二）运用剪力墙结构设计的准则
在建筑工程项目中，剪力墙的高度及宽度的尺寸略大，在受力情况和柱形体结构方面略微类似。为此，在开展剪力墙结构设计工作时，设计人员要以建筑结构的受力特点为基础，对剪力墙结构的高度、宽度、跨度等进行准确分析和测算，在综合考虑各要素之后确定最终比值。其次，在建筑工程实际施工中，从平面角度来说，剪力墙结构刚度极强，具备良好的承载能力，而在平面之外，刚度及承载能力有所降低。鉴于这一实际情况，设计人员在设计剪力墙结构时，常常不对剪力墙平面外的刚度及承载能力进行测算，而是针对剪力墙结构制定相应的防护措施，保障剪力墙结构的整体性能，避免剪力墙结构受外界因素的干扰，进而危及质量安全。
二、剪力墙结构的优势
剪力墙结构是指用含有钢筋的混凝土板来代替传统的框架式梁柱，并对建筑的水平力起到一定的控制性作用，保证建筑的稳定性。剪力墙结构的优势有很多，包括以下几方面：第一，稳定性较高。剪力墙结构通常会使用含有钢筋的混凝土结构，与传统的框架式梁柱相比较，这种结构方式的整体性能较好，能够起到良好的支撑效果，对提高建筑的稳定性有着极强的作用。第二，经济性较强。由于剪力墙结构中会更多地使用到钢筋混凝土，因此，不需要填充更多的钢材料，降低了钢材料的使用量，节省了一定的成本，使得建筑企业的经济效益更好。第三，美观性较好。剪力墙结构的抗侧刚度较强，可以根据实际情况做出适当调节，因此，其应用的范围较为广泛，能够满足不同人们对建筑美观性的需求。第四，连续性较好。剪力墙结构除了要保证建筑的稳定性之外，还起到了一定的分隔作用，划分建筑的不同区域，因此，剪力墙结构在区分建筑不同区域的同时也起到了一定的连续性作用。
三、设计剪力墙结构的原则
（一）楼层最小剪力系数的调整原则
设计过程中，应遵循楼层之间剪力系数达到最小的原则。为保证建筑结构优异的抗震性能，出于结构安全的考虑，要确保建筑结构的楼层水平地震剪力大于楼层的最小地震剪力。在结构设计中，要考虑尽量减少剪力墙，尽可能增大设计房间的空间，使结构具有适宜的侧向刚度，综合考虑设计得到楼层最小剪力系数。此外，设计人员还需在设计中尽量减轻建筑物的重量，降低工程造价，同时优化建筑物的抗震能力。
（二）楼层间位移调整原则
控制樓层间扭转变形以及剪切变形是结构设计过程中的重点。在建筑结构的设计过程中，应遵循楼层间最大位移与楼层高之比的原则，在优化调整的时候，需根据设计原则布置竖向构件，一旦构件布置不合理，会造成楼层间扭转变形加大，层间位移不满足的情况。高层建筑的结构设计原则为尽可能缩小扭转变形，不能盲目增加竖向构件。假如仅仅为某一方向层间位移不满足，可适当减少该方向结构构件刚度，使剪重比减少，达到比较好的结构优化。
（三）连梁调整原则
连梁是在墙肢平面内，连接墙肢与墙肢的梁。虽然是梁，但连梁的跨度较小，而截面较大。在开展建筑设计工作的时候，应该遵循连梁跨高比调整原则。跨高比大于5的连梁通常发生弯曲破坏;而跨高比小于5的连梁则主要是剪切破坏。受弯破坏为延性破坏，剪切破坏较为危险，为竖向斜裂缝。采取相应措施，保证连梁具有一定的延性，控制好连梁的跨高比，根据实际情况调整连梁的距离，使得建筑既能满足抗震要求，又能节约工程成本。
四、剪力墙结构设计在建筑结构设计的应用策略
（一）完善剪力墙设计方案
在建筑工程项目中，剪力墙结构具有保持平衡的作用。设计人员在制定剪力墙设计方案时，需要采取有效措施，彰显剪力墙结构的作用，在提升建筑工程质量的同时，有效降低建筑成本。为此，设计人员在设计剪力墙结构时，需要结合实际情况及建筑要求，科学运用现代化的技术手段，完善建筑结构规划，体现剪力墙结构的价值。此外，设计人员要关注工程成本，选择适宜的建筑施工材料，确保原材料符合剪力墙施工要求。在实际施工环节，相关工作人员要基于施工要求，调整长度偏长的剪力墙，并设置适宜的洞口，确保各剪力墙长度适宜、协调。
（二）准确定位剪力墙结构
在建筑工程项目中，为充分发挥剪力墙结构的优势，相关工作人员要完善剪力墙结构布局，围绕着平面结构布置及竖向结构布置开展设计工作。基于剪力墙平面结构开展设计工作时，设计人员需明确剪力墙结构的刚度中心及质量中心，并对剪力墙开展拉直处理。总的来说，在设计剪力墙结构时，不宜过于繁琐复杂，需要依据相关规范及原则，开展设计工作，确保剪力墙刚度适宜，符合建筑结构要求，以充分发挥剪力墙结构的作用。
（三）科学处理剪力墙内大墙肢
剪力墙结构自身具备诸多优势，设计人员在开展剪力墙结构设计工作时，需要充分考虑到剪力墙结构的延伸性。剪力墙结构的延伸性对整体结构性能具有密切联系。在一般情况下，设计剪力墙结构时，大部分设计人员会将其设计为高状结构，该墙体结构关系到整个墙体性能及质量。为此，设计人员要基于施工需求及实际条件，调整和优化设计方案，避免由于细节处理不到位影响整体质量。若墙段长度偏小，当经过受弯部位时，容易产生裂缝，而剪力墙质量优劣关系到整个墙体配筋的支撑力。鉴于这一情况，相关工作人员要结合实际情况，开展施工流动工作，在施工完成之后进行填充，以改变长墙形态。
五、结语：
随着经济的发展和都市的扩张，高层建筑也日益增多。基于抗震性能好、侧向刚度大、用钢量少、外形美观等优势，剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越普遍。优化和提升剪力墙结构，有助于提升建筑结构的稳定性，有助于降低施工成本，意义重大。
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