建筑剪力墙结构优化设计问题思考

卢娟

摘 要 剪力墙结构不仅有很强的刚度，在水平荷载作用下不会产生过大的变形，整体性较好。在高层建筑工程中普遍采用，其優化设计对建筑工程技术合理、经济效益等有着重要的意义。剪力墙优化设计需要设计人员结合实际项目情况，与各专业协调配合，满足各方功能要求等诸多要素，经反复推敲比较，完成一个安全适用、经济合理的优化结构布置方案。

关键词 高层建筑;剪力墙结构;优化设计

引言

城市人口的不断递增，高层建筑已俨然成为城市建设发展的趋势，剪力墙结构因其横向刚度大，竖向和水平承载力能力大而被广泛应用。其优化设计对整个建筑工程的抗震性和经济性有重要的意义。大部分项目都存在优化设计空间，结构优化设计是通过调整结构布置，提高结构性能，使其更加经济合理，同时降低工程造价，满足业主方要求。优化后间接缩短了施工工期，节约有效资源，保护自然环境。

1剪力墙结构的优化设计原则

剪力墙结构设计优化的基础是结构概念设计，优化的措施是合理的布置墙体，优化的目的是产生较好的技术经济指标。结构优化设计的前提是设计人员应在方案阶段就要介入，对建筑方案在结构概念设计方面进行合理判断，加强与建筑师以及业主沟通，结合地区、场地条件等信息，使建筑方案在最大程度上满足结构设计，符合相关规范的规定，同时满足建筑的各项使用功能和业主的要求。剪力墙优化设计需要设计人员考虑诸多设计要素，设计人员与工程负责人应先实地考察项目现场，与业主多沟通，各专业间互相协调配合，根据工程的实际情况进行结构概念设计，选择合理的设计方案确定剪力墙使用的数量、位置等，结合软件加以计算，并对数据结果进行细致研究，确保结构体系满足抗震性、安全合理性以及经济性[1]。

剪力墙结构主要应用于住宅、公寓和旅馆。在低层的建筑中，其在水平方向上受到的荷载内力以及位移要相对较小，基本可以忽略不计。然而随着建筑物不断增高，其所承受的位移也在逐渐加大，其次弯矩对建筑的影响也在不断增大，高层结构不仅要承受结构自身的重力荷载，对水平位移以及地震也必须要有较好的防御性，结构需要保证承载能力并将侧向变形控制在规范要求之内。 剪力墙结构由于平面外承载力和刚度相对较小，应控制平面外的弯矩，采取相应的措施保证平面外的稳定性。在满足周期比、位移比、最大层间位移角等各项指标的前提下确定剪力墙的墙体布置，使剪力墙的抗侧刚度得到充分的发挥，同时也考虑轴压比、稳定性和相关构造要求，让优化设计更加全面。

2剪力墙结构设计中存在的问题

目前很多项目方案阶段仅建筑单专业完成，建筑师追求立面，造型等效果，加上对结构、设备等专业知识欠缺，在整体的布置上会有不合理处。方案确定进入施工图阶段，各专业加入，互提各方功能要求，此时，结构设计人员对项目优化调整就存在一定的局限性。不合理的结构方案，为了达到国家现行规范要求，额外增加的构件会直接影响项目的工程造价。因此，结构及设备等专业要将设计工作提前，方案阶段积极参与，各专业在方案阶段提出相关功能要求，使结构设计人员将建筑物各方面的要求考虑到设计环节中，优化结构布置方案，使方案更合理化，也为后期施工图的开展提供了便利，使各项功能发挥应有的作用。

3剪力墙结构设计的优化措施

3.1 制定合理的剪力墙结构设计方案

设计人员应根据结构概念设计适当增加剪力墙外部刚度，相对地削弱内部刚度;尽量使纵横两个方向布置剪力墙协调一致，使两个主轴受力方向的抗侧刚度接近。在竖直方向上要做到从下往上连续布置，有效避免发生刚度的突变情况。规则、简单的墙肢截面设计，可以使高层建筑的受力更加均衡，保证应力分布的均匀和规则，从而增强剪力墙的整体受力抗压能力。剪力系数的调整要以总体的剪力墙设计方案为基础，减少高层建筑中剪力墙的实际布置面积，从而确保结构在侧向刚度上能够满足高层建筑的要求，进而使楼层的剪力系数与规范的数值相接近，以减轻建筑剪力墙本身在结构上的自重，从而减小高层建筑因地震而受到的损害。

3.2 进行合理的成本控制

剪力墙结构在设计优化过程中，需要结合经济合理性进行目标的设置。相对来说，剪力墙的刚度越大，所需的成本就会越高，对此，设计人员需在确保剪力墙安全性的前提下，对刚度与剪力墙的数量有合理的把握，以免造成额外的成本支出。加强建筑材料的合理应用、避免浪费能够对建筑成本进行有效的控制，在剪力墙结构设计中应减少短肢墙与小肢墙的采用。在高层建筑的整体结构体系中，除了必要的门窗洞以外，还需要进行结构洞的设计，因此在剪力墙设计时，尽量选择长墙，减少结构洞的数量，降低建造所需的成本。

3.3 剪力墙平面布置

剪力墙基本设置原则均匀、分散、对称和周边布置，同时尽量使侧向刚度沿竖向宜均匀变化，尽量避免结构转角位置无竖向构件。剪力墙布置在结构外圈周围，提供较好的侧向刚度，减小结构的位移，同时提供较好的抗扭转刚度。内部剪力墙布置的原则是能减则减，尽量做到均匀布置，让梁布置更合理，传力简洁，内部剪力墙太多，对结构扭转计算不利。墙体竖向布置应上下层连续布置，避免刚度突变，造成对结构抗震不利。墙的形状要简单，优先选用L型、T型，少用一字墙，少布短肢墙，尽量对称布置，要尽量保证楼层质心和刚心基本重合。布置剪力墙过程中，要注意对地下室车道位置有无影响，尽量避免转换。梁的设置原则为可设可不设的不设，减少梁数。

为了保证剪力墙在整体上的稳定性，应对剪力墙外平面的弯矩进行适当控制，在外平面同墙肢的连接时一定要对其进行加固，以免梁端的弯矩对墙体造成不利影响。充分考虑建筑物的使用功能，对剪力墙的位置进行合理的选择，应尽量选择平面形状较大的区域，如楼梯间、电梯间等位置。为确保剪力墙作用的发挥，注意墙体与墙体之间距离的把控。同时，应沿着主轴的方向对剪力墙进行针对性的设置，从而有效发挥出剪力墙的抗震效果。

4结束语

随着高层建筑的发展，剪力墙结构在高层住宅建筑中占有重要地位。目前装配式剪力墙结构在建筑行业广泛推行，产业化已成发展趋势，剪力墙结构的优化布置变得更为必要，剪力墙结构的优化调整，在设计上必须采用科学合理的措施，结合实际项目，完善结构设计，从而确保建筑工程的安全合理性以及经济性。

参考文献

[1] 杨现东.高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].四川建材，2016，（02）：47-48.