裝配式建筑結構設計中的剪力墻結構設計

蔣睿中

華東建筑設計研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

伴隨社會進步以及經(jīng)濟發(fā)展，國家建筑領域的發(fā)展速度逐漸加快，在此過程中，剪力墻結構技術得到了很好的發(fā)展，也從技術角度助力了建筑設計的質(zhì)量與建筑性能的提高。剪力墻結構擁有很大的剛度與很強的承載能力，而且抗震性能與抗風性能十分優(yōu)異，能夠被廣泛應用于高層建筑。

1 剪力墻結構概述

就建筑結構設計而言，剪力墻結構指的是使用鋼筋混凝土的墻板來取代框架結構梁柱，它分別承受了豎向壓力以及在平面作用下產(chǎn)生的水平剪力。剪力墻雖然擁有很大的寬度及高度，不過其厚度比較小，因此，剪力墻擁有幾何特征和獨特的受力特征。因為剪力墻具有厚度小的特點，和板樓厚度十分相近，因此在獨立使用剪力墻時，如果發(fā)生地震，就會有很高的概率出現(xiàn)結構變形問題和斷裂問題，這是因為剪力墻的剛度不夠。因此在設計時不僅應考慮對剪力墻剛度進行增加，還要綜合分析彈性變形能力以及抗震性，對結構種類及規(guī)模進行合理設計，為結構穩(wěn)定及結構安全提供保障。一般來說，剪力墻的結構設計多是延性彎曲型。另外，框架剪力墻也是一種高性能的剪力墻結構，其具有以下特點：第一，框架剪力墻的抗側力結構。框架剪力墻所具有的機構體系相對于傳統(tǒng)結構來說存在一定的差異性，其本身并非是單一的結構形式，而是將兩種結構組合起來形成的，這種結構的受力特點為，當水平外力作用不一致的時候，框架將會受到更大的作用力。因為使用延性框架，在實際產(chǎn)生側力的時候，框架將會出現(xiàn)一定程度的變形現(xiàn)象，在這種情況下整體結構的形狀基本上與一把剪刀相類似，該結構體系在樓層不斷升高的過程中，樓層間的相對位移量將會呈現(xiàn)出減小的特點，進而對高層建筑的結構起到一定的穩(wěn)定作用。第二，框架剪力墻的抗震性能，框架剪力墻具有相對較強的抗震性能，對于高層建筑物來說，其所具有的抗震性能體系，應當可以充分滿足相關設計要求標準。在地震震級相對較小的情況下，建筑物應當不存在較為突出的損害，仍然能夠進行正常使用。而當?shù)卣鹫鸺墳橹屑壍臅r候，則應當能夠保障在對其進行修繕之后可以恢復到最初的水平。當?shù)卣鹩兄^大的震級的時候，需要確保建筑物本身不會面臨較為嚴重的塌陷危害等。通常情況下來說，地震所對于建筑物造成的危害有著多方向性的特點，而框架剪力墻能夠在建筑物的四周實現(xiàn)均勻的分布，可以起到有效抵抗水平荷載的效果，切實提升機構整體的承載能力，最終實現(xiàn)建筑物抗震性能的優(yōu)化提升。

2 裝配式建筑剪力結構設計原則

2.1 調(diào)整樓層位移與層高比例

如果樓層所在區(qū)域容易發(fā)生地震，則需要按照最大樓層的位移標準值進行層高比例的調(diào)整，以此降低地震產(chǎn)生時對高層建筑物的影響。工程方要確保剪力墻結構的整體變形彎曲力，并將扭曲變形和剪力變形作為工程建設時的主要考慮因素，在施工時，不僅要增加建筑構件數(shù)量以此來增加剪力墻的豎向承受力，還要加強相關構件的位置分布減少建筑扭轉產(chǎn)生的形變，確保樓層位移不會由于樓層扭轉變形發(fā)生較大的位移偏差[1]。此外，樓層間的位移是無法確定剪力墻豎向荷載強度的，因此，要在設計時加強建筑縱向的剛性強度和承受力，降低樓層間位移產(chǎn)生的可能性。

2.2 調(diào)整剪力墻的連續(xù)超限

高層建筑剪力墻結構的連續(xù)跨高會使相應彎曲力矩以及剪力強度遠遠超過安全設計標準值，從而導致建筑物容易出現(xiàn)結構斷裂和居住風險，對居民的人身安全和財產(chǎn)安全造成威脅。因此剪力墻的結構跨度比必須大于2.5，確保剪力墻具備良好的結構強度，不會受意外因素的影響，產(chǎn)生結構損壞的情況。工程方要按照相關部門的規(guī)定選擇合適的跨度比，在減小彎曲力矩的同時也要保證剪力值符合建筑安全需求，使整個剪力墻的設計結構科學、合理、有效。此外，由于我國規(guī)定如果跨度比小于5時，連續(xù)梁是不允許被拆除的，所以在設計時提高設計結構的精確性，還能夠大大減少后期維修、更改的必要性，以此降低施工過程不必要的成本支出，使工程的經(jīng)濟性進一步提高。

3 裝配式建筑剪力墻結構設計的應用路徑

3.1 對剪力墻位置進行合理設計

對剪力墻結構設計而言，布置墻體位置以及布置墻體的方式都非常重要，在建筑設計中位于基礎位置，同樣是保障建筑工程安全性的重中之重。對剪力墻設計工作來說，工作人員需要完成的任務主要有以下幾方面：第一，明確建筑結構主軸位置，之后把剪力墻位置設置于主軸方向，而且要在主軸的基礎上輔助其他方向，對雙剪力墻形式進行設置，以此達到各個方向剪力墻之間的銜接目的，為建筑內(nèi)部空間的合理程度提供保障。建筑結構設計工作需要保障建筑結構的抗震性，禁止對單項放置設計這一模式進行應用，對剪力墻設計來說，應該從兩方面來分析其性能控制，確保剪力墻各個方向墻體在振動周期以及振動頻率方面具有相似性，這樣做對維持墻體內(nèi)部的平衡很有幫助，可以為墻體內(nèi)部的穩(wěn)定提供保障。第二，對剪力墻的截面設計來說，應該把規(guī)范性以及簡易性當作基礎，對剪力墻來說，其側體抗壓能力和內(nèi)部穩(wěn)定能力要遠大于建筑體的側體抗壓能力和內(nèi)部穩(wěn)定能力，對此，能夠利用剪力墻在承載方面的能力使建筑負荷得到減輕，使應用剪力墻的效果得到充分發(fā)揮[2]。應用剪力墻不但可以使建筑承載力得到提升，而且可以使修筑墻體空間得到減少，可以擴大建筑的結構空間。在對建筑剪力墻進行布置的過程中，為保障間距的合理性，剪力墻分布禁止過于密集，避免發(fā)生受力不夠均勻的問題。對剪力墻截面設計來說，應該嚴格依據(jù)由下至上順序設計，之所以要采用此種方式設計，是因為這樣做可以緩解其側墻體壓力。對于剪力墻的布置設計來說，應該依據(jù)墻體高度的標準來縮減厚度，還應該對混凝土等級進行綜合考量。能夠按照工程項目的標準，利用減少墻肢方式來提高其側面高度。不過如果所在區(qū)域極易出現(xiàn)地質(zhì)災害，在此情況下，假如剪力墻高度太高，在地震發(fā)生之后，剪力墻會因此出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。除此之外，假如剪力墻的高度太低，也會有一定的概率使墻體太過脆弱。所以對地震多發(fā)的區(qū)域來說，高度設計工作是剪力墻設計的重點，需要為其承載力以及穩(wěn)定性提供保障。與此同時，相關人員在對剪力墻進行設計之前，應該先研究工程剪力墻在受力方面的狀況，確保設計的剪力墻位置與孔洞位置的科學性，確保剪力墻設計滿足力學特征。對孔洞設計來說，全部孔洞均須對齊，而且需要確保孔洞之間存在對應連接點。確保剪力墻全部孔洞均可以均勻受力，在此前提下可以符合施工原理。

3.2 對剪力墻彎矩進行科學控制

對建筑工程來說，其剪力墻結構設計應該依據(jù)具體的工作需求來分析剪力墻結構和剪力墻特點。雖然剪力墻抗壓能力和承載力都很強，不過平面之外的承載能力相對很弱。使得剪力墻的連接部位有一定的概率會因為外部的承載力較差而讓墻體發(fā)生彎矩，此問題對剪力墻來說非常常見。對此，相關設計人員應該在設計剪力墻的過程中對彎矩進行有效控制。能夠在剪力墻連接部位進行設計，使其擁有可以和剪力墻外側相連的結構。在實際操作中能夠先對梁軸線位置進行設計，依據(jù)軸線位置、軸線方向、剪力墻方向對彎矩進行合理計算，以此為設計的科學性提供保障。此外，應該設計好扶壁柱，對扶壁柱進行合理設計能夠使剪力墻強度與剪力墻剛度得到大幅提升，從而為剪力墻的質(zhì)量提供保障。假如在對剪力墻進行設計的過程中發(fā)生扶壁柱設計方面的問題，應該盡快對設計進行更改，假如不能更改，應該馬上使用相應的改善措施，能夠利用設計暗樁的方式來預估與計算配筋，對彎矩進行有效控制。與此同時，可設計讓梁端變得更加穩(wěn)定的構件來控制彎矩[3]。

3.3 處理好剪力墻延伸

對建筑剪力墻的設計工作來說，應該對其可延伸問題進行綜合考量，使用科學方法與科學手段對其設計結構進行優(yōu)化，確保剪力墻的延伸能力可以滿足需求。由于剪力墻本身帶有延伸性特點，而要想使其延伸功能得到充分發(fā)揮，應該使用有效手段來提升其靈活性以及耐久性。此外，在設計剪力墻結構的過程中，應該確定建筑物在承載方面的要求，以為設計工作的科學性提供保障[3]。

3.4 使剪力墻性能得到提升

通常來說，建筑的可使用時間都很長，所以剪力墻的作用需要發(fā)揮很長時間，應為其強度與性能提供保障，而且應該在墻體結構設計之中著重強化對于剪力墻的設計，確?？梢詽M足施工需求，避免剪力墻結構在長期使用時發(fā)生質(zhì)量問題。對剪力墻結構設計來說，應該全面分析使墻體受到影響的要素，這樣做能夠更好地預防墻體在使用過程中的風險，使剪力墻結構的作用得到充分展現(xiàn)。對剪力墻結構而言，其性能和強度極易被配筋率影響，所以應該研究其縱向配筋率，在科學計算與科學設計之后，能夠為其穩(wěn)定性及安全性提供保障。此外，相關人員應該完成好設計與控制剪力墻的邊緣部位的工作，依據(jù)施工剪力墻的要求來設計墻體邊緣，使剪力墻質(zhì)量得到提升，從而使建筑工程可以更加健康地發(fā)展。

3.5 對剪力墻的厚度進行合理控制

對建筑墻體設計來說，應該確保其厚度可以符合建筑要求，使剪力墻的承載力得到提高，對墻體結構的損壞問題進行有效預防，達到延長剪力墻墻體的使用時間目的，而且需要重點關注剪力墻的安全。在設計剪力墻結構的過程中，應該保證剪力墻的厚度可以符合規(guī)劃的標準，依據(jù)實際施工的狀況，能夠把部分構件安置于剪力墻，使剪力墻結構的質(zhì)量可以滿足建筑規(guī)劃的標準[4]。

3.6 做好對設計人員的培訓工作

對設計剪力墻的工作人員來說，他們的能力與素質(zhì)會對剪力墻質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，出于使剪力墻質(zhì)量得到提升的目的和保障剪力墻穩(wěn)定性的目的，應該強化對工作人員的培訓，確保他們擁有足夠的專業(yè)能力，而且可以依據(jù)現(xiàn)場的具體情況設計剪力墻，為其合理性提供保障。第一，企業(yè)在對設計人員進行招聘時應該審核和考核好他們的資質(zhì)和設計能力，分析其工作理念和核心素質(zhì)，選用更加出色的設計人員。第二，對企業(yè)內(nèi)部設計人員進行培訓，確保每位設計人員均可以對剪力墻設計的理論知識及關于剪力墻設計的技術能力進行掌握。第三，在管理設計人員時應該對責任制度進行落實，結合設計人員的工作質(zhì)量和福利，確定設計人員各自的工作內(nèi)容與責任，如果工作中發(fā)生問題能夠及時追責，監(jiān)督工作人員的整改工作，保障剪力墻設計的質(zhì)量。

4 結束語

綜上所述，隨著人們要求的逐漸嚴格，以往的建筑結構設計已無法符合如今社會發(fā)展的需要。因此，在開展建筑結構設計工作的過程中，應該從多個角度進行考量，不但需要提高建筑的穩(wěn)定性，而且應該對技術優(yōu)勢多加利用，使建筑設計可以符合人們在居住方面的要求。對此，有關人員應該繼續(xù)進行研究，依據(jù)實際的工作需要，使剪力墻結構設計的優(yōu)勢得到更好的發(fā)揮，以提高建筑的質(zhì)量。