剪力墙在建筑结构设计中的应用
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摘要：随着建筑行业的高速发展，建筑施工的数量和规模随之增加，进而带动我国国民经济的发展。剪力墙具有较强的抗震性和刚性等特点，其可以在实际工程建设过程有效保障整体建筑结构的安全性和质量要求，剪力墙结构已广泛应用在各种工程施工。因此实际工程设计应根据相关设计要求和标准对剪力墙结构进行合理化设计。本文主要阐述剪力墙概念、分类和剪力墙结构设计的优化原则，并对剪力墙结构设计进行优化分析。
关键词：剪力墙建筑结构设计应用
随着我国国民经济的不断发展，带动人们对高质量居住和办公环境的强烈需求，因此对于居住住房和办公楼的安全性和功能性提出了更高要求。针对这些实际要求，剪力墙及其结构设计可以有效保障建筑物的安全性和质量要求，因此其在建筑结构设计和施工中的应用也越来越多。目前建筑设计、施工人员对剪力墙结构设计进行优化工作，以期望进一步的提高剪力墙结构的抗震性和刚度，使得建筑质量得到提升、建筑结构得到优化。
一、剪力墙结构设计
1、剪力墙的概念
剪力墙是实际建筑工程中经常使用的结构墙、抗风墙和结构墙[1]。剪力墙是可有效承受风或地震等导致的相关荷载，保障建筑物安全性和刚度的墙体，剪力墙优点在于良好的抗震性和刚度。剪力墙结构设计中，墙体的长度和高度应相对较大，而宽度则相对较小并采用钢筋混凝体整体浇筑方法。建筑设计方和施工方为满足人们对居住住房和办公楼的安全稳定性要求，已在建筑设计和施工过程中广泛的使用剪力墙，以提高和优化其整体建筑物的建筑施工质量和结构。目前，许多建筑企业已采用剪力墙取代传统建筑施工中使用的梁柱。剪力墙结构的受力情况与梁柱相当，但是剪力墙结构其稳定性更好，同时降低墙体的承受能力，保证建筑物整体的质量和安全性。
2、剪力墙的结构
根据设置方向不同，剪力墙可包括以下两类墙体，首先是平面剪力墙，该墙体通常应用于框架结构和无梁楼盖的建筑工程中，为了提高平面剪力墙的抗震性和刚度要求，在实际建筑施工中，常使用现浇或预制钢筋混凝土剪力墙，这种剪力墙结构与周围梁柱进行同步浇筑，保证建筑整体性良好。其次是筒体剪力墙，该墙体常应用在高层建筑和悬吊结构中，这种筒体剪力墙主要为现浇钢筋混凝土墙体，与平面剪力墙相比，其刚度和强度的水平荷载较高[2]。根据开洞情况和尺寸分类，剪力墙可包括以下4类：首先是实体墙，实体墙的基本标准是墙体不开洞或开洞尺寸相当较小。这类墙体的抗弯曲性能好，未出现反弯现象，有效荷载大。其次是整体小开口剪力墙，这类墙体的洞口尺寸略大并在墙肢部位产生局部弯矩情况。接下来是多肢剪力墙，这类墙体开洞尺寸相对较大或开洞位置成均匀分布，该墙体结构与整体小开口剪力墙差异性较小。最后是壁式框架剪力墙，其他三类剪力墙相比，其墙体开洞尺寸较大，其整体结构与框架结构的相似度很高，同时其刚度和反弯点性能较好。除实体墙外的其他三类墙体均需开洞。根据这四类剪力墙特点，建筑设计人员可根据实际设计要求对剪力墙结构进行优化设计，对建筑结构和质量进行优化。
二、剪力墙结构设计的优化原则
1、剪力墙平面内外承载力及刚度适当
工程设计应注重剪力墙平面内外承载力及刚度适当的原则，应保证剪力墙平面外承载力及刚度较小，而平面内承载力及刚度则相对较大。实际建筑施工过程中，梁与平面外方向的剪力墙的连接方式为单侧连接，这常会导致墙肢平面外弯矩，但常规的设计施工对墙的平面外的承载力及刚度实际验算量不足，除了特殊设计施工需求，通常不要采用平面外单侧连接方式，当使用平面外单侧连接方式，应采用合理改进方法，保证剪力墙平面外稳定性。
2、楼层间剪力系数最小
实际工程施工过程，应保证各楼层间的剪力系数最小的原则，有效降低建筑物重量，防止建筑物的抗震性降低进而引起严重安全隐患的问题，建筑设计方和施工方根据短肢剪力墙承受力矩的大小，实际调整楼层间剪力系数达到最小值，并保证建筑物质量的前提下，合理减少剪力墙的数量，对剪力墙结构的侧向刚度进行适当加固，这可以有效降低整个建筑工程的建设成本和资源浪费，在合理范围内扩大建筑各方和建筑用户的经济利益。
3、楼层间位移最大化与层高比
在建筑设计过程中，应实际调整楼层间位移和层高比，以保证楼层间位移最大值和层高比原则。与传统建筑结构相比，剪力墙结构设计位移计算没有加入建筑结构变形因素，其位移计算关键点是楼层间的弯曲变形情况，而通常楼层间发生的弯曲变形主要是扭转和剪切，就剪切变形而言，其主要受建筑结构中的竖向构件影响。竖向构件应根据实际建筑情况进行有效调整，保证数量适中，保证楼层间不会出现扭转变形或变形程度较小。因此实际高层建筑结构设计及施工过程中，应重点对楼层间位移最大化与层高比进行实时监测，以降低扭转变形，进而提升整体建筑结构的安全性和刚度。
4、剪力墙结构连梁限额
结构设计重点应保证剪力墙的跨高比超出2.5。如跨高比达不到该数值，其会使得剪力和弯矩超出标准范围，进而可能产生相应的安全隐患。如果结构设计中剪力墙的跨高比过大，也会引起相应危害的产生，如剪力墙结构的异变情况，使得剪力和弯矩超出标准范围。因此实际建筑施工过程中，剪力墙结构设计应保证结构连梁超限调整原则，进而提高建筑物安全稳定和坚固程度，有效保障建筑物质量和效率，控制建筑施工成本。
三、剪力墙结构的优化设计分析
实际工程中，剪力墙结构的优化设计可归纳为以下4点：首先是剪力墙结构的优化设计过程中，应考虑建筑物的抗震性、抗风性和刚度实际需求，并需对存在的缺陷进行合理改进，如剪力墙结构可能产生的剪切变形情况，这些问题会使得剪力墙结构设计对结构优化未能达到设计要求。因此在实际结构设计过程中，特别是剪力墙结构的设计应以实际建筑要求和特点进行优化，以保证剪力墙结构的设计的有效性。其次是确保建筑物质量的基础上，剪力墙结构设计应保证相应投入成本的有效控制，优化设计中采用的新材料、技术和方法应根据实际工程成本进行优化调整，确保建筑资金运用的合理性和有效性。接下来是剪力墙设置数量的合理控制，剪力墙设置的目的是承受建筑物的水平荷载和保证整体建筑物的安全稳定性。如剪力墙的数量过量，则使得建筑物的重量增加，导致抗震性能的降低。最后是平面布置问题，剪力墙平面布置应考虑竖向和水平的荷载，以降低荷载和有效实现墙体作用最大化的目的，剪力墙需根据建筑设计的主要轴线进行相应设置，并保证设置数量的合理性。
结语
通过上述剪力墙概念、分类和剪力墙结构设计的优化原则的阐述，以及剪力墙结构设计进行优化分析来看。剪力墙结构设计的高抗震性和刚度等特点，可以对传统建筑结构设计进行合理优化。而剪力墙结构设计过程，应注重新材料、新技术和新方法的使用，同时也需对建筑设计施工成本进行有效控制，进而实现剪力墙的最大使用价值。
参考文献
[1]顾玉琦.建筑工程设计中的剪力墙结构设计分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(7).
[2]黄雪女.高层建筑剪力墙防水技术研究[J].建材与装饰,2013,(20).
作者：刘保忠 单位：湖北工业大学 山西职业技术学院
