探究剪力墙结构在建筑结构设计中的应用
【摘要】剪力墙结构作为高层建筑的主体结构形式，本身具有许多优点，例如用钢量小、抗侧刚度大、抗震性能好。设计人员根据实际情况将混凝土承重墙与分隔墙统一设计，考虑，可以降低建筑成本，显现出经济优势，同时避免出现梁，柱的外露现象，使空间更加简洁，满足建筑使用功能和感官的要求。本文对剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行细致深入的分析和探究。
【关键词】剪力墙结构；建筑结构设计；应用
近年来，随着我国经济的迅猛发展，城市化进程不断推进，建筑业发展很快，支柱地位日益凸显。与此同时，为满足不断创新的建筑功能需要，建筑设计方面的方法和方式也日新月益。传统的建筑结构形式已不能满足建筑高度所带来的水平荷载要求。剪力墙结构具有抗水平荷载能力强、抗震性能较好以及满足建筑空间要求三个特点，迅速在建筑行业普及开来。本文从剪力墙结构设计的主要特点以及剪力墙结构设计的主要原则两方面，深入探讨剪力墙结构在建筑结构设计中的应用。
1.剪力墙结构设计的主要特点
1.1什么是剪力墙结构
在我国传统的建筑行业中，建筑结构形式大多采用的是框架结构，但近年来随着社会经济的发展和人口压力的加大，高层建筑已成为一种常态，框架结构逐渐不能满足高层建筑所要求的结构能力，于是剪力墙结构应运而生。在框架结构中抗侧力体系是由钢筋混凝土梁，柱浇筑而成的框架，而剪力墙结构由钢筋混凝土的墙板代替框架成为建筑的抗侧力体系，来抵抗建筑的各种荷载。换言之，剪力墙结构的主要特点就是将建筑物以前用于承担水平和竖向荷载的框架换成钢筋混凝土的墙板。剪力墙结构与传统建筑结构形式相比，可以将混凝土墙板与分隔墙统一进行设计，既减少了二次结构的工程量，也缩短了建设周期。从而加快了工程进度，减少了工程成本和造价，减少了资金的实际投入量。因此，剪力墙结构在建筑结构的设计中发挥着举足轻重的作用。在一个建筑物当中，如果剪力墙数量过多，会引起巨大的地震作用，因此剪力墙结构中剪力墙的数量并非越多越好。而应通过设计人员的合理布局，充分发挥剪力墙结构的特点，使建筑具有合理的刚度分布和优良的抗震性能。
抗震能力是建筑物的生命，关系到建筑物的安全性能，因此为保证剪力墙结构优良的抗震性能，要合理布置剪力墙的数量和位置，宜沿主轴方向双向或多向布置，宜使每个方向的侧向刚度接近，使之具有较为合理的刚度及整体性，具有较好的抗震性能和变形能力。同时应尽量避免采用短肢剪力墙，当无法避免时，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%，。同时应加强短肢剪力墙的抗震构造措施。
1.2剪力墙结构的种类
剪力墙结构具有很多类型，根据实际情况进行搭配使用，而分类的主要依据就是墙体洞口的有无，大小，形状和位置等，依照这个判据，剪力墙结构大致可分为四种。第一种，实体墙，实体墙分为两种，一种是开洞的实体墙，另一种是未开洞的实体墙，其中开洞的实体墙所开墙洞的实际面积不得大于整面墙体面积的百分之十五，且洞口间的间距及洞口至墙边的距离均大于洞口长边尺寸。实体墙承受荷载的能力很强，具有较强的稳定性和优良的抗震性能。弯矩不会出现异常情况，即不会有突变现象的发生。第二种，整体小开口剪力墙，主要是指墙体中开洞的面积大于整面墙全部面积的百分之十五。但洞口对剪力墙的受力影响仍较小，通常来讲，这种类型的剪力墙在水平荷载作用下，由于洞口的存在，墙肢已出现局部弯曲，截面变形仍接近于实体墙。但连梁处极有可能发生突变现象。第三种，双肢或多肢剪力墙，这种类型的剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口，可以简化为若干个单肢剪力墙通过一系列连梁联结起来组成，这种类型的剪力墙连梁对墙肢有一定的约束作用，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布。同样的，这种剪力墙有时会在连梁处出现异常，发生突变现象。第四种，壁式框架剪力墙，这种剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽，墙肢宽度相对较小，连梁的刚度接近或大于墙肢的刚度。此种剪力墙的力学性能与框架结构相类似。会出现较多的异常情况，反弯现象会出现在多个楼层当中。
2.剪力墙结构设计的主要原则
2.1结合具体工程，具体问题具体分析
在前期开展的设计活动中，最为忌讳的是不根据具体工程的实际情况而盲目采用剪力墙结构。一个优秀的设计作品，首先应对施工场地进行地质勘探，了解具体的地质情况，然后结合剪力墙结构的相关国家设计标准并结合具体工程的建筑布局及水，电，暖通等其它专业的要求进行具体设计工作，合理布置混凝土抗震墙，以达到在工程中使用剪力墙结构的理想状态，在突出优势的同时有效规避缺陷。在剪力墙的设计中需要遵循相关的原则，及一些规范或技术标准方面的限制，保证剪力墙设计达到规范化、标准化、科学化、合理化。
减少建筑物自重和增强建筑物抗震能力是建筑物设计过程中两项重要的工作，两者息息相关。而具体到设计工作中就是减轻填充墙的容重及控制剪力墙的数量，这就需要设计人员根据自身经验，合理布置有效数量的剪力墙，依据其优秀的水平承载能力、抗震能力，在满足国家规范及相关标准规定的位移，刚重比，扭转效应等技术指标的前提下，合理布置剪力墙的数量和位置，用尽量少的剪力墙来获得较好的抗震性能和变形能力。从而有效节约资金，降低工程造价。
2.2抓住问题的关键，并妥善处理
一般建筑物的各楼层具有重复性，因此设计时要把握要点，这样既能提高工作效率，又能抓住关键部位并细致的处理。由于建筑物各楼层之间存在扭转变形和剪切变形，而设计的目的就是对这两种变形进行有效的处理和改善、协调。布置复杂的建筑，扭转变形和剪切变形难于调和，地震作用明显，应尽量避免。目前使用最多的控制变形的方法就是增加竖向构件的数量，但如若竖向构件的数量控制不合理的话，则会使地震作用增大，危害建筑自身安全，从而使得剪力墙无法发挥自身的优势。总之，设计师进行建筑物结构设计时，要对建筑物的变形进行有效地控制，协调建筑物各楼层之间的扭转变形和剪切变形，建筑造型尽量简洁，明快。避免不必要的内缩和外挑。而这些变形的控制也不能仅仅依靠竖向构件的数量来实现，还需寻找其它更为有效的方法。这就需要设计人员在工作过程中，不断积累经验，抓住问题的关键，充分发挥剪力墙结构自身的优势。
3.小结
前期的设计工作中，建筑设计各专业人员要充分根据剪力墙结构的特点，结合建筑物具体的情况，如使用途径、建筑布局、工期等基本情况，来对剪力墙结构进行科学的设计，以保证在整个建筑设计中能较为明显的体现出由于剪力墙的运用而带来的巨大优势。使剪力墙结构的应用可以使建筑物达到预期的社会效益和经济效益，同时应保证建筑物的安全性和稳定性。建筑设计各专墙设计使业人员在对剪力用的过程中也要注意克服其存在的相关缺陷，扬长避短。只有各专业设计人员的密切配合，互相探讨，才能在设计过程中减少失误和浪费，体现巨大的经济价值和社会价值。
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