建筑剪力墙结构设计优化策略研究

孙伟超 王文波

摘 要：剪力墙结构设计直接影响到建筑整体安全和工程经济性。因此，在实际工作中有必要对剪力墙结构受力、性能、特点、要求和不同构件间的相互作用进行深入了解，从实际入手对设计进行不断改进和优化，实现预期设计目标，在保证结构安全性及各项性能的基础上，降低工程造價，提高经济效益。

关键词：建筑；剪力墙结构；设计优化

1 剪力墙的特征及其种类

从整体上来说剪力墙的特点有下面几点，其侧向刚度很强。还有一个相对比较小的侧移，如果发生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墙结构的应用中，室内墙体很平整，但剪力墙结构，在施工的时候需要很多环节，所以造价相对较高。如果按照剪力墙结构开洞与否可分为以下几种：小开洞剪力墙、壁式框架、实体墙、双肢或多肢剪力墙等。这些剪力墙各有不同的应用特点，每个结构设计人员应针对具体的建筑结构，选择合适的剪力墙结构形式。

2 建筑剪力墙结构的设计

2.1 厚度设计

在设计剪力墙结构时，需严格依据我国有关规定，对于剪力墙的厚度选择上需切实依据震级来进行，对于抗震等级是一、二级的建筑物，它的底部加强范围的剪力墙厚度不应小于200mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/16，其余部位墙体厚度不能低于160mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/20。对于抗震等级是三、四级的建筑物，它的底部加强范围的剪力墙厚度不应小于160mm，并不宜小于层高或无肢长度的1/20，其余部位墙体厚度不能低于140mm。对于无端柱或者翼墙时，底部加强区的墙厚要求更为严格，一、二级不宜小于层高或无肢长度的1/12，三、四级不宜小于层高或无肢长度的1/16。除此之外，在对剪力墙厚度进行设计时，如果所遇到的状况比较特殊，设计人员需采用有效的应对措施，增强概念设理念，结合墙肢轴压比的状况，同时保证便于施工现场钢筋的绑扎及混凝土浇筑质量控制，对建筑结构的安全性能够展开全面控制，进而增强建筑整体结构强度。

2.2 延性设计

剪力墙结构设计应重点从这几个方面着手；首先，保证结构的墙体底部具有较好的延性及耗能能力，应控制结构在其底部一定高度范围不出现屈服，对墙体底部加强区范围的受剪承载力予以提高，加强其抗震构造措施，保证建筑物底部一定高度范围具有较大的弹性变形能力，提高结构的整体抗倒塌能力。另外，在强震作用下，结构破坏的过程应当是连梁先屈服，然后才是墙肢底部出现塑性铰，连梁设计同样遵循强剪弱弯的原则，连梁作为耗能构件，必须保证其延性，避免在地震作用下，连梁发生剪切破坏。

2.3 结构参数

由于建筑物承载荷载力比较大，所以在对剪力墙设计时，需对各项参数展开全面考虑，以便对其进行有效控制，从而保证建筑物在荷载力在可控范围内。在设计建筑物的结构参数时，务必要对建筑物的比例、位移等方面进行全面分析，进而展开设计，将建筑物的各项参数控制在有效范围中，来确保建筑物不会因设计欠缺规范性而重心不稳。在设计建筑物的结构参数时，需对不规则的剪力墙展开科学设计，把其管控在规定范围。

3 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

3.1 定位剪力墙结构

为了能够有效的提高剪力墙的安全性与合理性，在实际的施工中需要对剪力墙的结构进行合理的布置。通常情况下，可以从以下两个方面进行控制：第一是平面的结构布置，第二是竖向的结构布置。在设计剪力墙平面的结构时，需要深入了解剪力墙的质量中心、刚度中心的结构与实际性能，避免发生扭矩等不良的现象，同时还要对剪力墙开展拉直的工作。从某种意义上讲，剪力墙的结构不能太复杂，在设计结构时最好遵循简单、便捷的原则，以此保障剪力墙能够充分发挥自身的价值。另外，在设计剪力墙时，需要全面了解的建筑物荷载等参数，分析剪力墙需要承受的压力，以此确保剪力墙的刚度与性能。

3.2 剪力墙中大墙肢的处理

就剪力墙结构的意义而言，其自身的结构具有延伸性的特征与优势，并且直接影响其自身的性能，所以在实际施工过程中可以利用该特征充分发挥其效用。通常情况下，在设计剪力墙的结构时，相关的工作人员很可能将高状结构作为设计的目标，而这样的墙体会严重降低建筑物的稳定性，因此在施工中应该尽可能避免此种形式的设计，全面提升剪力墙结构的刚度。如果剪力墙的长度较小，很可能会造成墙体裂缝，减低对整个墙体配筋的支撑效用，严重影响建筑的稳定性，并且威胁用户的生命安全。为了能够避免上述现象的发生，需要在设计与施工的过程中，对剪力墙进行留洞，以此检测剪力墙实际的支撑效果，当施工完成以后可以在对该洞进行填筑，通过这样的方式，能够将长墙变为短墙。另外，还可以在设计剪力墙结构的过程中，根据建筑物的实际需求开展设计工作，同时预留洞，并采用针对性的计算方式分析大墙肢的实际承受能力。

3.3 控制墙体的配筋

设计剪力墙结构时，需要充分考虑建筑工程的经济效益与安全质量，就剪力墙来说，其结构不仅影响建筑墙体的指令，还会影响墙体内部的配筋。通常情况下，在剪力墙实际的施工中，要将钢筋置入其中，以此提高剪力墙的稳定性。但是，如果全部依靠钢筋来提升剪力墙的稳定性，就会增加钢筋的使用量，进而提高建筑企业的资金支出，影响其实际的经济收入。因此，在设计剪力墙结构时，需要有效提高墙体自身的支撑力与强度，进而降低钢筋的配比，在保障剪力墙效用的同时降低施工成本。

4 剪力墙结构设计的优化措施

4.1 墙肢平面外弯矩的优化措施

当剪力墙平面内外承载力及刚度存在较大差异时，则由于刚度发生突变可能会导致整个剪力墙方向的梁连接处产生墙肢平面外弯矩。介于此，设计人员在设计剪力墙时，可以通过在剪力墙与梁连接处设置适当的暗柱和扶墙柱或者顺着梁轴线方向设置一定长度的剪力墙与梁相连接等措施，从而实现对这一问题的优化。

4.2 剪力墙连梁设计的优化措施

在建筑结构设计中，剪力墙连梁设计不仅能够使结构刚度得到保证，而且还有利于建筑侧移的有效减小，因此，其具有非常重要的意义。然而，在建筑结构设计中，剪力墙连梁设计需要考虑诸多因素的影响。比如，在剪力墙连梁设计过程中，对于梁的结构抗侧力刚度与内力，必须对与之相连剪力墙的墙肢刚度进行充分考虑。当连梁跨高比较小时，在反复荷载作用下极易导致连梁产生斜裂缝，引起剪切破坏，因此，设计人员在剪力墙结构设计过程中，为了防止剪力墙连梁剪切破坏现象的发生，可以采用跨高比较大的连梁，从而使连梁的可延性得到有效地保障。

5 结束语

近年来，高层住宅建筑越来越多的采用剪力墙结构，因为剪力墙不仅能提供灵活的使用空间，而且还能简化设计和施工流程，提高效率，降低成本。但在实际的建筑结构设计工作中，由于考虑不全面、结构布置不合理等原因，使得剪力墙结构的作用与特点并不能得到充分发挥，甚至还有一些结构方案存在安全问题。对此，要严格根据建筑实际情况和使用要求，对具体问题采用适宜的设计方法，满足规范要求，保证建筑结构设计质量。

参考文献：

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