建筑结构设计中剪力墙结构设计要点

建筑结构设计中剪力墙结构设计要点摘要：作为常见的建筑形式，剪力墙结构因自身良好的抗风性能和抗震性能在建筑工程当中得到了广泛的运用，为了充分发挥出剪力墙结构的优点，必须高度重视结构设计问题。设计人员首先应该针对剪力墙结构进行充分分析，结合工程需求提出优化措施，考虑到影响剪力墙结构的要素众多，必须综合考量，结合工程实践完成设计方案调整，发挥剪力墙结构的应有之用，文章将以此作为切入点进行深入分析。关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；应用分析0引言通过与传统墙体结构的比较，剪力墙结构在承载能力和抗震性能方面表现优良，保证了结构的稳定性，同时也营造了更加安全的居住环境。剪力墙结构设计包含的内容多样，设计过程中需要根据工程实践分析结构设计当中的常见问题，结合工程经验，通过优化设计保证剪力墙结构性能的发挥。设计人员是影响建设效果的关键所在，为此设计之前就应该针对其应用流程进行全面掌握，同时明确重点难点问题，以优化措施发挥最大的潜力墙结构优势。1.剪力墙的使用原则1.1剪力墙结构设计原则要保证建筑墙体的安全性，必须在剪力墙结构以及结构形式的基础之上进行分析，找出针对性的解决方案，刚接形式的结构设计能够满足楼面横截面积小的情况，具有减少墙肢平面外弯矩的效果，能够提高整体的承重能力。横向和纵向结构分化设计当中，需要从整体角度进行考量。剪力墙在高层建筑当中的作用尤为突出，作为一个竖向构件，在建筑中充当着抵抗策略的角色，同时也承受着竖向负重以及横切面的负重，如果采用剪力墙组成受力墙面结构，剪力墙墙体就能够承担所有负重，对整个建筑工程影响很大。为了发挥出剪力墙设计的最优作用，首先应该合理认识剪力墙的作用，布置方式采用沿中心轴方向双向布置，如果建筑抗震要求高，可以采用双向剪力墙设计方法；墙体的形状同样也会对剪力墙的使用设计产生一定的影响。在设计过程中应保持受力均匀，保持受力对称，保证剪力墙中心和墙的结构中心相近，使剪力墙的效果最大化。1.2剪力墙的厚度需求原则需要根据抗震指数完成调整工作，如果建筑防震级别为一级和二级。高层或剪力墙无肢长度需要保持在剪力墙底部加强部位的1/16以内，厚度高于200mm。剪力墙的厚度对抗震效果影响深刻，厚度的确定需要根据需求完成调整。其他墙体部位需要低于高层或剪力墙的1/20。如果建筑抗震要求为三级或四级，可以加剪力墙无肢长度比例设置为1/20，数据的确定需要根据预测以及计算结果进行综合分析，任何数据的变化都会影响最终的建筑效果，所以设计时必须重点关注墙体的位置压力问题，完成相对应的设计工作。1.3剪力墙设计的基本原则通过与其他墙体之间的比较，可以发现剪力墙结构在同一平面上呈现出了更加高效的承载能力，平面以外的承载能力则会随之变小。剪力墙和建筑梁相连，或是与平面以外的墙相连，都会导致外墙肢体平面承受过大重力容易造成弯矩，影响墙体的平整度，所以在设计过程中需要尽可能地避免这些情况，同时根据需求进行优化调整，保证墙体的安全和效果。建筑设计当中，需要重点关注剪力墙的特点，了解其中的不足，做好前期的调研，同时选取相应的技术科学判断剪力墙的结构情况，获得内力后再完成试验，保证数据的精准。2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用2.1基础方案及承重构件的设计作为影响建筑稳定性的关键因素，在对剪力墙结构设计时，设计人员应该从全局的角度入手，对影响因素进行细化分析，了解施工环境以及水文地质等相关情况，选择合适的施工工艺，保证设计的科学性和合理性。在对承重构件设计时，需要重点关注结构布局，墙体通过双向布置方式增强整体的抗承载力以及抗震性能。同时践行对称原则，保证承重能力达标。根据需求对剪力墙中心进行调整，使其与建筑内部空间轴线保持一致，使得建筑布局整体均匀，达到分散剪力的作用。2.2剪力墙结构的设计剪力墙结构平面刚度好，承载性能佳，但同样也需要面对平面外承载力差的问题。如果剪力墙与平面外梁相连接，会增加墙体平面外弯矩，为了达到调整的效果，可以采用半钢接法。以此来弥补其中的缺陷。同时根据需求完成剪力墙平面均匀性的调整，尽可能地降低扭转作用。高度重视和建筑中心的控制需要保持在合理偏差范围内，如果偏差过大，就需要调整墙体长度以及连接梁的高度。数据结果发现，剪力墙侧向刚度大，自振周期短，所以稳定性会受到一定的影响。为了减少墙体厚度，可以采用间隔设计方式，将其设置在主次墙体结构之间，减少整体重量，减少侧向移动。2.3大墙肢处理为了发挥出建筑剪力墙结构设计的优势，设计人员需要重点关注大墙肢处理问题，保证其延伸特性，在对其进行调整时，可以从稳定性以及耐久性两个角度进行探讨。为提高结构的承载力，在对其进行处理时，可采用分层间隔方式，将其分为不同的单独墙体，增强整体的稳定性。2.4剪力墙厚度的控制与配筋对剪力墙结构进行调整时，可以根据设计要求完成调整工作，目前剪力墙厚度设计不足的问题普遍存在，原因在于设计前期设计人员并未对空间布局问题进行充分思考，影响了整体的合理性。在特殊的建筑结构下，不能在结构中添加外纵墙以及翼墙，墙体厚度有严格控制，需要保持在320mm以内。完成墙肢轴压比的计算，保证数据符合要求。配筋方面需严格按照法律要求执行，对照设计标准要求，确保稳定性和抗震能力均符合建筑结构要求。一般建筑抗震等级设计当中，配筋率为0.25%，如果存在特殊部位，可以对其进行调整，保持在0.3%。配筋率的调整完成之后就需要进行试验，了解具体的使用效果，通过优化设计来保证设计和施工的完整性。2.5连梁的设计与优化第一，降低连梁刚度，连梁跨度与连梁连接的墙体刚度为负相关，一旦出现横向应力，就会造成连梁受损导致开裂、破损等问题，所以适当降低高度，能够对其进行有效控制，对折减量控制，同样也能够满足项目需求。第二，扩大孔洞宽度。连梁高度被控制以后，就需要调整孔洞的宽，适当的放大，能够减少连梁刚度，是增强其抗剪性能的一种有效方式。第三，工程设计时需在工程需求基础之上完成剪力墙结构，厚度的调整设计与工程需求更加匹配。2.6边缘构件设计边缘构件是剪力墙结构设计当中的重点，首先需要完成约束性边缘构件和无约束性边缘构件的区分。如果前者承载力强，能够改善整体的承载力。所以设计时需要根据需求，合理选择边缘构件种类，同时对轴压比进行调整，如果轴压比要求高，便可采用约束性边缘构件。3.实例分析3.1工程概况某项目工程为高层建筑，采用了框支剪力墙结构设计方案。该项目分为两个部分，地下属于人防地下室。地上部分为商业以及住宅，设计使用年限为50年，安全等级二级，地基基础设计甲级，文章将以此作为研究的实证对象，论证剪力墙结构设计的具体方法。3.2结构设计与布置3.2.1转换层结构的布置上主体结构和下主体结构，在设计过程当中需要使上下之间相互协调，保证其连续性。在设计过程中需要降低主体结构转换情况，同时让竖向主体结构保持上下联系，不仅设计合理，而且经济效果明显。考虑到本项目1~5层层高之间存在一定差异性，为了对底部结构刚度以及受力结构进行控制，必须对核心筒的厚度进行调节，以免造成邻层结构高度突破。3.2.2标准层的结构布置第一，对主体抗侧力结构而言，如果两个主轴方向刚度接近，变形特性也会相对接近。考虑到高层建筑属于三维空间，地震作用、风荷载方向随意，所以需要保持两个主轴方向刚度均匀，提高整体的抗震抗风性能。第二，在进行标准层主体抗侧力结构平面布置时，针对中央核心与周边结构刚度进行均匀协调处理，保证抗扭刚度良好，以免造成扭转变形，造成结构构件的破坏。在结构角部的剪力墙设计时，尽可能采用端柱或翼墙，能够达到结构平动性的控制效果，结构的扭转位移比效果控制良好。3.3剪力墙结构设计中的结构计算3.3.1振型和周期通过分析可以知道，结构第一振型对应周期为2.76s（Y向）第二振型对应周期为2.76s（Y向）和2.73s（X向），两个方向抗侧力性能比较接近。3.3.2转换层上下部分结构的刚度比《高层建筑混疑土结构技术规程》对结构技术操作有明显规定，转换成需设置在2层以上，等效模型计算转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比e2宜接近1。经过计算之后可以获得转换层上下部分刚度比，分别是1.47（X向）和1.16（Y向）。3.3.3转换层有限元分析由此可以了解，利用主梁框支梁转换的框支梁中，考虑到竖向力较大部分会传递到框支柱，造成的梁变形情况较小；次梁转换的框支梁变形大，同样也意味着所托的剪力墙竖向位移也大。研究结果与实际情况符合性较高，可以通过模型对转换层的受力情况进行模拟，方便框支梁柱配筋的计算。3.4剪力墙结构设计中的结构构件设计3.4.1框支柱的设计对于高层建筑剪力墙结构设计而言，框支柱设计占比较小，但对其抗震性能产生很大影响。《建筑抗震设计规范》指出，需要重点关注框支柱的剪力、弯矩、轴力和轴压比等调整。同时根据技术规程，对其承担的地震倾覆力矩进行控制，不能超过结构总地震倾覆力矩的50%。3.4.2框支梁的设计考虑到转换梁支托的上部结构。通常采用不规则设置方式，不规则的开洞会影响工作的推进，而且上部结构的垂直和水平荷载作用，会让转换梁截面上的正应力、剪应力更大。为了提高上部结构，刚度，提高转换梁结构的抗剪性，增强其刚度炎性。可以对设计剪压比进行严格控制，初步将其范围确定在0.07~0.1之间。该方法在实践当中的应用能够对设计进行优化，保证其强度高度以及延性符合要求。考虑到本次工程需求，项目最大转换梁截面的规格为1500mm×1700mm，现场施工时将采用C50等级混凝土。3.4.3转换层楼板的设计转换层是高层建筑框支剪力墙结构当中的分界线，上下部位的内力分布存在明显差异。对于下部楼层来说，剪力墙会承受平剪力结构的受力，这就会造成转换层楼板荷载分配的突变，对于上部楼层来说，为了避免设计误差出现，必须根据剪力墙的等效刚度进行合理分配。4结束语城市化的推进对建筑工程要求更高，剪力墙结构在工程实践当中得到了广泛的运用，为进一步优化剪力墙结构在实践当中的运用效果，设计人员需要加大结构分析力度，在建筑结构的基础之上对剪力墙布局进行合理优化，同时严格控制剪力墙数量，保证建筑结构的稳定性和安全性。除此之外，剪力墙应用方案的合理性也直接影响后期的工程效果，为此需要做好细节把控，保证整体使用的安全性。参考文献[1]韩飞.建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J].中国建筑装饰装修,2022(5):99-101.[2]刘依宁.剪力