装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计分析

娄焕娟 宋军

【摘要】我国装配式建筑结构发展起步晚，设计规范以及部分施工标准还存在不统一的情况，在建筑设计中，需要重点关注到剪力墙结构的设计。基于此，本文先分析了剪力墙结构设计特点，随后，探讨了装配式建筑结构中剪力墙结构设计的方法，具体如下。

【关键词】剪力墙;装配置建筑;结构设计

装配式建筑结构是一种新型的建筑模式，与传统方法相比优势更显著，所以能在众多建筑行业中广泛地应用。为了有效推广预制装配置建筑模式，需要重视装配置建筑结构体系优势，同时优化剪力墙结构设计，使二者更加协调统一，提高装配式建筑整体结构稳定性。

1、剪力墙结构设计特点

1.1小开口剪力墙

小开口剪力墙是虽然有较小的开口，但是总对整体上进行分析，整个门窗洞口总面积和大于剪力墙面积的15%，所以，从受力曲线图上进行分析，这类剪力墙会出现弯曲性状况。整个正应力分布在建筑水平荷载作用下，并且呈现出直线分布状态。这种模式可以认为是局部弯曲应力与整体剪力墙应力对的叠加。此外，虽然小开口的剪力墙弯矩图不会在整个墙肢高度基础上出现弯曲点，但是，因为开口面积较大，所以弯矩图几点主要位置可能会发生改变[1]。

1.2整体剪力墙

整体没有洞口、整个门窗洞口总面积小于剪力墙侧面积的15%。这种类型的剪力墙受力特点类似于整体悬臂墙，类似底部被固定但是上端自由竖向悬臂构建模式。整体剪力墙的整个界面正应力在建筑水平荷载作用下，主要呈现出整体直线分布的趋势，且弯矩图在整个剪力墙墙肢高度上，一般不会产生弯点，突发情况也较少发生。

1.3多肢剪力墙

多肢剪力墙与双肢剪力墙有相似性，主要是指整个墙面有一列或者多个成列分布洞口的剪力墙。虽然这种剪力墙开洞尺寸大，但是受力情况和整体小口剪力墙类似，所以，多肢剪力墙与小开口剪力墙的结构模式与弯矩图差异不显著。如果从连梁对于剪力墙墙肢的约束作用进行分析，可以看出整个剪力墙的整体结构受到过多开设洞口而产生破坏，所以，剪力墙局部会出现明显的弯曲现象，如果洞口开设过多的话，部分正应力分布曲线偏离了直线分布。

1.4壁式框架剪力墙

这种类型的剪力墙主要应用于高层建筑中，剪力墙的开设洞口数量多并且尺寸规格较大，剪力墙的墙肢与洞口相比会显得比较小。从线性刚度进行分析，可以看出墙肢与连梁的整体差异不显著。这类剪力墙的受力分析与框架结构比较接近，而且在正应力分布中，墙肢截面往往会出现局部弯矩情况，所以在很多楼层中，内强肢部分会出现返弯点。

2、装配式建筑结构中剪力墙结构设计方法

2.1标准参数

在设计中，需要进行标准参数设定，一般情况下，装配式建筑结构剪力墙设计应计算振型数，以此把握系数质量，保证设计能超过最初设定数值，确保建筑结构设计方案合理性。对于振型数选择，需要结合建筑类型进行确定，一般高层建筑需要在15以上。在参数设定中，还要计算出墙体竖向分布筋配筋率，通常配筋大小要根据实际配筋率作为参考，减少整体计算结果偏差。如果按照实际配筋率展开计算，容易使最终受弯钢筋的数值发生变化。最后，在确定标准参数中还要确定最小地震剪力数。从装配式建筑结构设计实践角度分析，结构设计参数确定最小地震建立系数作为核心标准，以此达到抗震的效果，且最小地震剪力数还被用于衡量结构稳定性与抗压性，低烈度区高层建筑物底部最小建立系数小于设计要求[2]。

2.2平面结构

装配式建筑结构中的剪力墙结构设计需要做好平面结构布置，在具体操作中，要坚持整体性原则，做到简单且均匀对称。平面结构布置中，如果建筑结构长度和宽度均较大且具有不规则的特性，需要布置适合的温度伸缩缝，确保结构合理性。比如，在布置中可以按照周围布置原则进行操作，实现增强结构整体抗扭转能力目标，对于结构质量中心来说，要保证结构刚度中心与剪力墙有效重合。这种布置方法可以确保在遇到地震等突发灾害时，扭转力对结构造成的影响能被控制在合理范围之内。

2.3竖向结构

一般情况下，装配式建筑结构的竖向刚度会受到竖向受力构件多次转换因素的影响。因此，在剪力墙设计时，适当增加剪力墙转换层垂直结构方式，可以确保剪力墙整体稳定性。对于刚度控制来说，要從剪力墙控制转换层的传力模式入手，确保从上至下的传力路径保持一致，以防止出现水平方向上的多级转换模式，避免产生多次转换量问题。选择转换梁上层的墙体位置和中间支柱位置进行空洞设计，可以增强剪力墙的数量承受效果。如果要确保多级转换都稳定，则要选择相同的传力方式。在转换层主题结构内设置竖向抗侧力构件，能确保剪力墙的整体结构与性能，使其达到更加稳定和牢固的设计效果。

2.4连梁设计

在进行剪力墙的设计中，要明确连梁对于建筑整体结构的重要价值，考虑到建筑物的内在结构稳定性，优化剪力墙连梁设计。剪力墙连梁设计能够确保建筑结构刚度，同时减少建筑侧移的优点，在建筑结构设计中具有重要价值。所以，在进行剪力墙结构优化设计时，需要对连梁进行重点设计。连梁设计受到多种因素制约，一方面，内力与结构抗力刚度需要考虑相连剪力墙的墙肢刚度，如果在设计时，出现了连梁跨高小的情况，在强大荷载作用下会产生裂缝，使剪力墙的整体剪切受到破坏。所以，相关领域设计师在进行剪力墙连梁设计中，要对各类问题进行详尽分析，考虑跨高较大的连梁，避免过早出现剪切破坏的情况，保证了可延性。同时，在设计的过程中，需要进行内力分析，并对连梁刚力进行折减计算，从而降低连梁发生的剪切破坏率。设计中将地下层、标准层与机房层的连梁高度进行调试，根据实际高度取值，提高有效性。

总结：

综上所述，剪力墙设计和施工对于装配式建筑而言十分重要，科学有效的设计方法可以提高建筑物整体稳定性，同时，承受风荷载与地震荷载的能力也会相应提升，明确剪力墙设计特征在装配式建筑结构设计中选择适合的设计方法，能使整体结构更加可靠。

参考文献：

[1]艾菲玛·艾合塔木，陈国新，翟新铭.装配式混凝土结构设计方法研究[J].四川建筑科学研究，2020，46（02）：63-68.

[2]汤海燕，水淼，李睿.探究装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计[J].建材与装饰，2020（07）：134-135.

作者简介：

娄焕娟（1987.05-），性别：女，民族：汉， 籍贯：山东济南，学历：硕士，毕业于西安建筑科技大学，现有职称：中级工程师，研究方向：土木工程。