建筑剪力墙结构设计优化策略研究

董昶宏

摘 要：进入到21世纪，我国的经济和社会各项事业都获得了全面的发展，建筑事业的发展规模和技术手段也在不断地提升，市场和人们对建筑物的功能要求和质量标准也越来越高.在我国建筑行业发展的历程中，建筑形式和内在结构也在不断地改进，剪力墙结构应用在建筑工程中，具有良好的抗震性和抵抗侧刚度的特性，目前已经发展成为众多建筑工程首选的结构方式。本文主要介绍了剪力墙结构的基本概念，对剪力墙结构在建筑工程中的设计原则以及注意要点进行分析。

关键词：建筑；剪力墙；结构设计；优化策略

中图分类号：TU712 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0162-02

随着人民生活水平的不断提高，对居住舒适性的要求也有所提高，特别是对住宅公寓的要求越来越高，剪力墙结构的壁厚与填充墙、平面的厚度是一致的，保证室内无框架柱突出，可有效提高空间利用率。因此，高层住宅剪力墙结构应用的十分广泛。到目前为止，对剪力墙结构的尺寸问题以及其布置方法都还没有一个统一的标准，因而，在实际的施工中，很多操作都需要设计师根据自己以往的经验来结合实际情况作出判断。如此以来，在剪力墙结构设计工作中难免会或多或少出现一些问题，从而影响到施工的顺利进行。因此对剪力墙结构设计应用方面的问题进行分析和探讨，具有很大的极大的实践性意义。

1 剪力墙结构的概念

剪力墙结构中使用钢筋混凝土墙板来替代框架结构中的梁柱，能承担各类荷载所引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。该结构在高层房屋中被广泛运用，剪力墙结构除了能够承受和抵抗纵横向的主要承重外，还能起到空间分割的作用。结构墙的高度一般与整个房屋的高度相等，自基础直至屋顶，高达数十米到100多米；其宽度则视建筑平面的布置而定，一般为数米到数十米。相比较而言，其墙体较薄，通常为200-300mm。剪力墙结构在其墙身平面内的抗侧移刚度很大，而其墙身平面外刚度却较小，几乎可以忽略不计。所以，建筑物上大部分的水平作用或水平剪力通常都会被分配到剪力墙结构上，这也是剪力墙名称的由來。

2 剪力墙结构的设计原则

2.1 剪力系数调整原则

在设计剪力墙结构时，要保证楼层之间的最小剪力系数。为了建筑物能最大程度地承受力，减轻自身建筑重量增强其抗震性和安全性，要在保证建筑规范的前提下尽量控制剪力墙的数量。并且，在此基础上运用科学的方法使剪力墙结构的侧向承载力和刚度更加合理。建筑楼层相互之间的最小剪力系数能更加合理的调整，工程本身成本会大大减小。

2.2 比例调整原则

在设计建筑物的过程中，要合理布置剪力墙，如果竖向的剪力墙数量超出范围，那么剪力墙剪重也会随之增加，这种剪力墙结构的设计时非常不合理的。因为这种设计方式会导致楼层之间的结构扭转变形，而且发生形变的程度和力度都会比较大，同时对于建筑楼层之间的位移需要也不能满足。故而在剪力墙的设计中要根据建筑的位移需求来进行相应的比例调整，以此来减小楼层之间的形变。

2.3 连梁超限调整原则

对剪力墙结构的进行设计时会发现，如若剪力墙的实际跨高比例<2.5，就有可能会出现剪力墙的弯矩超过规定限度的现象，所以在对剪力墙进行设计时，一定要遵从这一原则。而且连梁与剪力墙的跨高并不是越大越好。所以在对剪力墙进行设计时，可采用水平缝形成双连梁或多连梁来保证结构的合理性和安全性，还要注意调整连梁的超限，这样在保障建筑施工质量的同时缩减了施工成本。

3 建筑剪力墙结构设计优化策略

3.1 剪力墙墙肢长度的确定

对剪力墙墙肢的长度进行合理化的设计可以保证剪力墙结构的稳定性，在一般的情况下为了进一步保证剪力墙的延展性，还可以对于特殊部位进行弯曲性设计，这样能够有效的避免弯曲对剪力墙稳定性造成的影响。在实际的施工中，还可以采用连续肢墙的方式来实现保证墙体的宽高比目的，从而最大程度上保证强力墙的稳定性。

3.2 确定剪力墙设置的厚度、合理优化剪力墙外形比例

剪力墙的作用很多时候是为了防震，因此其厚度要根据抗震等级进行设计，形状上一般采用稳定的“L”形和“T”形，这种设计可以最大程度上的满足剪力墙的侧向刚度，从而实现较小体积和自重的目的。

3.3 剪力墙洞口的布局要点

对于较长的剪力墙应当开设洞口，分隔成受力均匀的若干个墙体，在之间使用弱梁进行连接，剪力墙洞口的布局位置，会在很大程度上影响到整个剪力墙的力学性能。因而剪力墙洞口的布局基本要满足几个方面：（1）有规则的布置洞口，基本成排成列设计，同时应当满足洞口与洞口之间的间隔均匀。（2）对于不规则设计洞口的剪力墙，像是叠合错洞墙以及错洞剪力墙等，这种不规则开洞容易因为洞口分布不均而使得剪力墙出现薄弱部位，应当采取措施在洞口处加强加固措施或者使用一些比较轻质的材料进行填充。

3.4 连梁设计

高层住宅剪力墙结构，由于墙长较长时通过开洞或剪力墙平面内梁跨较小形成连梁，如果出现跨高比较小的连梁，在计算过程中，容易产生过度抗剪的连梁。通常有以下解决方案：（1）增大连梁的截面积，可以增强连梁本身的抗剪能力，但梁的刚度相应也会增加，吸收的地震力也会增加，只能增加有限的抗剪承载力。在梁宽固定的情况之下，可以使用加高梁高的方法。当梁高是一定的，可以扩大梁宽，增大断面的连接刚度，但宽度对连梁刚度贡献较小，仅是一个线性关系，使得分担剪力的增加值小于抗剪力的提高值。（2）调整设计内力。在提高连梁截面对提高抗剪承载力没有影响的状况下，可人为的降低连梁的刚度，来控制剪切力的分配比例，并解决了连梁的抗剪性能问题。最简单的控制方法是在计算参数选择时，通过调整连梁刚度折减系数，只有在采用内力配筋计算时才可以#在整个计算和非地震荷载作用下，连梁的刚度不会降低，连梁应具有足够的抗弯承载力和抗剪承载力，以满足正常使用的要求。对于跨高比大于5的连梁，应根据设计的框架梁，满足框架梁的要求。（3）可作水平缝从而形成双连梁、多连梁或其他结构措施，以提高抗剪承载力，如设置交叉暗支撑等措施，以提高连梁的抗剪承载力。

3.5 边缘构件的约束处理

一般来说，在剪力墙的结构设计中，无约束边缘构件的处理要比之有约束边缘构件的处理的负载能力低40%左右，同样，抗震能力的效果也要低20%左右。因此，在建筑工程的施工项目中，要根据实际情况选择合适的边缘构件，并对其进行相应的处理，最大限度的增强剪力墙的抗侧力刚度以及抗震力，使整个建筑能够更加稳定。

3.6 剪力墙墙身钢筋的使用

根据国家相关规定，对于不同抗震级别的剪力墙来说，水平方向和竖直方向中的配筋率是不同的。对于非抗震级别和四级抗震级别的剪力墙的配筋率不低于0.20%。

4 剪力墙结构设计的优化措施

4.1 剪力墙结构的优化

针对我国近几年发生的地震，民众对于建筑防震的要求是越来越高。这就使得剪力墙的设计结构在设计时也要发生相应的改变，即在水平高度上，剪力墙的结构设计不能够中断，应当注意空间与侧面力量的相互影响，选取恰当的建筑材料，更好的应对地震的发生。

4.2 剪力墙软件的优化

随着科技的发展，社会正处于数字化的信息时代，作为建筑行业的主要应用结构，剪力墙结构的设计也应该利用软件或计算机来完成相应的数据分析。通过软件的帮助，可以更好的储存信息，并对这些信息进行分析处理，从而得出需要的数据，准确又可靠。

5 结语

伴随着着技术的进步和发展，近些年我国建筑行业的水平整体上得到了一个提升，并且建筑和人们的生活之间的关系变得越来越密切了，相应的建筑结构设计方法也逐步的渗透到了人们的日常生活之中。而剪力墙结构就是其中的一种，上边是笔者根据自己的学习和实践，对剪力墙结构设计工作的一些见解，希望对剪力墙的实际工作能够有所助益。

参考文献

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