剪力墙结构的优化设计研究

钱诚

【摘要】为了进一步满足人们对于高品质生活的需求，在建筑施工中就一定要对建筑结构设计进行优化，以此来提高建筑结构的安全性与稳定性，提高建筑企业的市场竞争力。为此，本文章针对建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计进行了深入的分析与研究，并提出了几条相关的合理化建议。

【关键词】结构设计；剪力墙结构；应用；优化设计

我国随着房屋建筑商品化和设计工作与国际接轨，逐步要求进行限额设计，如建筑的总造价、结构单位面积用钢量和混凝土量等等。这就要求对设计体系应有全局的把控，对设计的各个环节应有良好的认知能力，尤其对于结构设计而言，设计不仅仅是规范加设计，更不是规范加一体化计算机结构分析程序，而应具有结构设计概念、经验、判断力和创新性去适应市场对设计的要求，技术要创新，方案要合理，努力适应时代的发展。

1、剪力墙设计原则

1.1连续性

剪力墙的作用是用于建筑构件的维护以及结构的分离，起到承载水平和竖向阻力的用处。因此，为避免剪力墙刚度变化引起的建筑侧向位移现象，在建筑剪力墙结构设计中应从上到下布置，以尽量避免刚度的突然变化出现。

1.2对墙体进行受力分析

在设计剪力墙整体结构时，有必要对墙体的混凝土应力进行详细的分析。作为平面构件，墙体上的压力不仅包括水平弯矩和剪力，而且还包括竖向压力。因此，在剪力墙结构的设计工作中，必须充分考虑和认真分析剪力墙自身的应力，以保证剪力墙的使用效果和质量。

1.3墙体延性

墙体的延性对剪力墙结构的稳定性起着非常重要的作用。在结构设计过程中，如果剪力墙过薄、过高，往往会由于连接梁的应力而导致严重的张拉或弯曲，从而导致剪力破坏，难以恢复。因此，在建筑结构设计中，特别是在高层建筑结构设计中，不可能采用整体强度比大于9m、高宽比小于2m的细长剪力墙。应尽量避免设置剪力墙的曲折形状。此时，可以在截面的一部分上设置一个孔，将整个墙体分割成几个生长小于9m的均匀的截面，形成连接墙，从而充分发挥剪力墙的延性。

2、设计剪力墙结构的原则

2.1楼层最小剪力系数的调整原则

设计过程中，应遵循楼层之间剪力系数达到最小的原则。为保证建筑结构优异的抗震性能，出于结构安全的考虑，要确保建筑结构的楼层水平地震剪力大于楼层的最小地震剪力。在结构设计中，要考虑尽量减少剪力墙，尽可能增大设计房间的空间，使结构具有适宜的侧向刚度，综合考虑设计得到楼层最小剪力系数。此外，设计人员还需在设计中尽量减轻建筑物的重量，降低工程造价，同时优化建筑物的抗震能力。

2.2 楼层间位移调整原则

控制楼层间扭转变形以及剪切变形是结构设计过程中的重点。在建筑结构的设计过程中，应遵循楼层间最大位移与楼层高之比的原则，在优化调整的时候，需根据设计原则布置竖向构件，一旦构件布置不合理，会造成楼层间扭转变形加大，层间位移不满足的情况。高层建筑的结构设计原则为尽可能缩小扭转变形，不能盲目增加竖向构件。假如仅仅为某一方向层间位移不满足，可适当减少该方向结构构件刚度，使剪重比减少，达到比较好的结构优化。

2.3 连梁调整原则

连梁是在墙肢平面内，连接墙肢与墙肢的梁。虽然是梁，但连梁的跨度较小，而截面较大。在开展建筑设计工作的时候，应该遵循连梁跨高比调整原则。跨高比大于5的连梁通常发生弯曲破坏；而跨高比小于5的连梁则主要是剪切破坏。受弯破坏为延性破坏，剪切破坏较为危险，为竖向斜裂缝。采取相应措施，保证连梁具有一定的延性，控制好连梁的跨高比，根据实际情况调整连梁的距离，使得建筑既能满足抗震要求，又能节约工程成本。

3、结构设计中剪力墙结构的优化设计

3.1优化设计基础方案

在建筑剪力墙结构设计的过程中，基础方案发挥着十分关键的作用。因此，就需要相关设计人员在设计基础方案时要进行全面的考察与分析研究，尤其是要针对可能发生的质量问题进行预防与处理。在基础方案设计过程中要进行考察的项目较多，其中主要考察的项目包括施工区域内的水文条件与地质状况。同时也要科学、合理的规范设计技术标准，并对施工项目周围的工程布局情况进行实地考察，以此来设计出可行性较高，且安全性较大的基础方案。同时设计人员要根据外部环境以及内在因素的变化，结合不断完善与更新基础方案的原则来对现有的基础方法进行完善与完善，以此来提高工程后期的施工质量。

3.2有效提升建筑整体结构性能

剪力墙结构的基本功能是防止地震。在设计优化过程中，应遵循简单、规则的基本原则，以减少地震作用下剪力墙结构的压缩效应。在剪力墙结构的设计中，必须注意结构的应力状态，避免地震或其他灾害中局部结构的不均匀应力，有效地控制其危害。在剪力墙结构设计中，应尽量减小结构的薄弱部位，以避免结构薄弱的局部承载力。在设计剪力墙结构时，有必要根据设计人员的前期工作经验和相关技术参数，准确地分析结构的薄弱部位，认真修改设计方案，采取相应的技术措施来改善剪力墙结构的抗震能力。

3.3墙体厚度均匀变化

剪力墙结构墙体厚度一般按照结构的侧向刚度来控制，同时还需考虑轴压比。墙体厚度变化不需太频繁，为防止出现刚度突变，应采取阶段变化的设计方法，底部加强层及地下室采用同一截面厚度，地上部分在加强层处或每10层左右变一次，变化范围控制在50-100mm，确保其均匀变化。墙体截面变化最好错开混凝土等级变化，确保混凝土的等级和强度的变化不在同一楼层同时发生。墙体厚度的均匀变化有助于建筑结构的稳定性。

3.4加大约束边缘构件

在建筑结构设计中，本着充分发挥剪力墙结构的承重作用原则，设计人员在设置约束边缘构件时，可以选择约束边缘构件也可以选择无约束边缘构件。根据工程建设的实际情况，依据设置约束边缘构件的规范要求，在符合设计原则的基础上，加大邊缘构件的长度及其体积配箍率。

3.5优化设计承重构件

在确定基础方案后，相关设计工作人员就要根据相关的制度标准以及行业指标来对建筑结构中的承重构件进行选择，以此来进一步提高建筑主体结构的稳定性，提升建筑结构的质量与安全性。这就要求相关工作人员要侧重于剪力墙承重构件的设计，对其进行优化，同时要对剪力墙墙体自身的配筋率进行集中的把握与分析。在我国现阶段，相关部门已经对一部分指标进行了明确规定，并在一般情况下，将剪力墙的抗震等级分为三级，水平与竖直方向的配筋率最低要达到0.25%以上，这与之前的配筋率相比得到了更大的提升，且几乎接近国家建筑标准化。

在社会主义市场经济持续活跃的形势下，我国的建筑工程结构设计水平也在不断提高，人们对于生活品质也有了更高的要求。因此，为了进一步有效的提高建筑结构设计的经济性与稳定性，就一定要充分重视剪力墙结构的应用与设计优化，并在这一过程中通过提升剪力墙结构的应用水平，对剪力墙结构设计进行优化来进一步提高建筑工程施工的安全性，降低工程成本，促进我国建筑行业的良性发展。

参考文献：

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[2]刘杲劼.建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计[J].城市建设理论研究（电子版），2015.

[3]李国胜.简明高层钢筋混凝土结构设计手册（第3版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.