剪力墙结构的优化设计

孙硕

摘要：建筑剪力墙结构设计是新型建筑设计尤为重要的一个环节，针对于此，本文分析了建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计。

关键词：建筑结构；剪力墙；应用；优化设计

中图分类号：TU398.2 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2017）05-63-02

前言

在建筑结构中，剪力墙体侧移小、抗侧刚度大、抗震性能良好，因此，在建筑结构设计中剪力墙结构得到了广泛的应用。

1建筑结构设计中剪力墙结构的概述

1.1剪力墙结构概述

因剪力墙在风荷载和抗震方面极具优越性，可将其称为抗风墙或者抗震墙。城市化背景下，高层建筑数量日益增多，结构设计中，选用部分墙体进行剪力墙设计。如果剪力墙应用比较多，需要进行简体布置，以有效抵抗水平力。抗震设计过程中，墙体承受的第一振型底部地震倾覆力矩不超过结构总底部地震倾覆力矩的一半。当墙体比较少，墙体承受的第一振型底部地震倾覆力矩不超过结构总底部地震倾覆力矩的15%一40%。可参照普通剪力墙结构标准执行相关设计工作，极具灵活性。如果剪力墙结构中，仅包含个别小墙肢，可按照一般剪力墙结构.对其进行处理。

1.2剪力墙结构样式

（1）整体剪力墙。整体剪力墙中的洞口数量很少，是建筑工程结构设计中的关键内容。具体设计工作中，可对洞口忽略不计。其在现代建筑工程中不可或缺，主要用以对建筑工程进行有效支撑。（2）壁式框架。联肢墙中，对该样式剪力墙应用比较多，因洞口过大，墙肢刚度不足，而连梁风度比较强。该背景下，剪力墙的受力与框架结构类似。但是它与框架结构中的梁柱仍然存在很大的差别，厚度不足。可在上框剪结构中，单独设置壁式框架剪力墙，并采用其他部分墙体作为辅助。该种墙体形式在当前房屋建筑中极具适用性。（3）联肢墙。联肢墙上的洞口通常是一排或多排，洞口尺寸很大，连梁是主要的受力承担主体。作为特殊剪力墙，其由多组连梁共同连接。而且，相较于连梁，墙肢更具刚度优势。

2建筑结构设计中剪力墙的布置原则

（1）剪力墙体宜拉通对直。房屋建筑在设计过程中时，宜将剪力墙上的门、窗、结构洞口等上下楼层对齐，以明确结构传力途径，增强整体结构的抗震性能。剪力墙体宜沿轴线拉通对直。要尽量避免出现重叠、错洞墙体的状况，以免给建筑结构带来不必要的危害，如墙肢破裂、墙体抗震失能等，若无法避免相关不利布置，设计中要考虑相应的处理措施。

（2）双向布置原则。剪力墙结构中，出于抗震要求，应沿结构纵向、横向布置剪力墙单元，如此才能使结构的双侧抗侧力得到保证。另一方面，除了确保剪力墙是结构双向布置以外，还需要使双向结构中的来自两个方向的抗侧刚度尽可能地相近，即自振周期相似。

（3）豎向贯穿。在竖向上，墙体应该自上而下，从总体上贯穿结构。一般情况下，剪力墙体竖直方向发生变化时，墙体的厚度及刚度可随高度变化而变化。或者说，亦可以通过降低剪力墙单元的刚度以达到减少抗侧刚度的目的，防止出现刚度突变而削弱结构的抗震效果。

（4）开设洞口。针对长度较长的剪力墙体，需要通过开设洞口来平均分摊墙体受到的负荷力。洞口与洞口之间可利用弱梁联结，但是，墙肢长度不宜过大，一般要求小于8米。

（5）与建筑物高度相适配。选择剪力墙的类型时应该与建筑物的高度及受力状态相对应，譬如，短肢剪力墙不能过多的应用于高层建筑物之中，否则会产生受力不均的现象。

（6）减少墙肢平面外弯矩。减少墙肢平面外弯矩的方式有很多，例如，可增加竖直方向的墙体数量以实现墙肢平面外弯矩的有效控制：亦可以通过壁柱的增加来减弱梁端的迫压：当墙体截面相对较小时，可设置成铰接样式，同样可以使得墙肢平面外弯矩减小：或增大墙体截面、提高墙体配筋率来抵抗平面外弯矩。

3建筑工程剪力墙结构的优化设计

3.1基础方案与承重构件

依据建筑工程的地质和水文状况，确定剪力墙结构设计方案，对工艺、技术、周边建筑分布状况等.具备清晰的认识，并对其进行合理规划和布局。而设计人员也要在原有基础上，对其进行修订和整改。依据建筑工程的事实背景，在具体标准和规范框架内，确定承重构件，并对其进行合理设置。以剪力墙承重构件设计为例，该过程中，将墙体配筋率作为重点考量内容。设计剪力墙结构时，设计单位要认识到基础方案的重要性，并对承重构件的优化设计过程进行严格控制，采用正确的方式，对相关标准和工艺参数进行合理确定和选择，避免与国家相关设计标准存在偏差，使设计方案更具实用性。

3.2进行计算方法的确定

当剪力墙结构为受弯状态，其具备较好的延性。因此，剪力墙一般为高细样式，假使其过长，很容易形成低宽剪力墙。因剪力墙呈现出脆性特征，其抗震性很容易被削弱。剪力墙结构设计中，切忌盲目，要以精准的计算为基础。当前，我国剪力墙结构设计中，多采用计算机执行设计工作。但是部分计算内容，仍然需要依靠人工执行。设计人员除了采用计算机，实现剪力墙结构计算之外，更要依据自身的专业构成及工作经验，对具体设计过程进行有效判定，提高设计质量，将设计过程中的偏差降到最低。而构件计算过程中，要通过结构试验，使计算结果更加准确，从根本上消除误差。

3.3建筑结构性能的提高

抗震性能在剪力墙优化设计中极为重要。严格控制设计过程，力求简单和规则，并对各部位的受力状况具备明确认知，避免因局部结构受力不均，使建筑工程的安全性和稳定性难移保障。设计过程中，要对建筑工程结构的重要性予以强调，依据以往经验和具体技术参数，采用专业的眼光，分析薄弱部位，继而对设计方案进行修整，使建筑工程具备较好的抗震性，从根本上消除安全问题。

4建筑结构设计中剪力墙结构的应用

4.1细部构造

基于剪力墙结构具有的抗侧力性和抗震性的主要作用，决定了技术人员在进行剪力墙结构设计工作时更需要用心做好它的细部构造设计。只有做好了细节上的设计才能从整体上使其抗震、抗侧力得性能达标，尤其是针对薄弱的分部结构，需要特别采用一些有效措施，增强它的抗震性，从而减轻其在地震中的受损程度。另外，剪力墙的底部小墙肢及拐角处的墙肢，均是剪力墙结构中的薄弱点，需要特别注意它的设计和工艺，及时避免出现不利影响。

4.2墙体配筋

通常情况下，剪力墙结构的内侧设置为竖直方向的钢筋配筋，而其外侧为水平方向的钢筋。需要注意的是墙体配筋及构造边缘构件需要满足规范要求的最小配筋率，约束边缘构件除满足最小配筋率以外，也需复核计算配筋的要求。

4.3大墙肢处理

在建筑工程施工中，剪力墙结构宽与高之比一般要求大于2，否则，剪力墙容易受破坏。而当剪力墙过长，则需要对墙体分段以减短其承压长度，不易发生弯曲。另外，可采用开洞施工的方法，将大墙肢通过洞口分为若干小墙肢，待主体结构完工后，进行二次结构填充。

4.4连梁超筋处理

由于剪力墙结构无法达到剪压比要求，因而形成了连梁超筋。针对于此：（1）减小连梁截面高度或设置双连梁，减少连梁与相邻墙体的刚度分配，降低连梁所承担的地震力，然后进行连梁内力分析，计算出配筋参数：（2）在不影响洞口截面的情况下，加大连梁截面高度，来抵抗连梁所受到的剪力：（3）若连梁截面允许，可在连梁中增设交叉斜筋，或者连梁中增设钢板。另外，提高连梁的配筋率、增大连梁的混凝土强度也可解决连梁超筋问题，但颇为不经济。

5结语

总而言之，建筑剪力墙结构设计是非常重要的一项工作，在广泛应用剪力墙结构的同时，还需要使剪力墙结构设计能够得到有效优化。