建筑結構設計中剪力墻結構的應用及優(yōu)化設計

陳威宇

摘 要：經濟的快速發(fā)展帶動了建筑行業(yè)的發(fā)展速度，人們在物質文化水平不斷提高的情況下，對生活的品質有了更高的要求，這就導致對當前建筑結構的設計的要求也不斷提升，不僅要求建筑結構具有較好的安全性，同時還要確保其經濟適用性。文章從剪力墻結構的基本定義入手，分析了剪力墻結構設計的基本樣式，并進一步對剪力墻結構方案的選擇及結構的優(yōu)化設計進行了具體的闡述。

關鍵詞：建筑結構；剪力墻結構；設計；方案；優(yōu)化

前言

近年來，建筑結構設計的水平得到不斷的提升，在建筑的結構設計上不僅需要滿足銷售及居住的質量要求，同時還要求具有較好的經濟適用性。剪力墻結構由于側移較小，抗側剛度較大，而且具有較強的抗震性能，所以在現代建筑中得到廣泛的應用。特別是在當前我國的住宅建筑設計中，由于對居室使用功能的要求，所以在設計時需要具有較多的分隔墻，而利用剪力墻后，可以將承重墻和分隔墻合為一體，同時還具有良好的經濟性。但在當前建筑剪力墻結構的應用和設計過程中，還存在著一些問題，所以還需要加強對其設計方法進行優(yōu)化，從而確保建筑的安全性、經濟性和實用性。

1 剪力墻結構的基本定義

剪力墻作為建筑結構中的重要組成部分，其可以承擔較強的風荷載及地震作用，所以通常也將剪力墻稱為抗風墻或抗震墻。目前高層建筑較多，但在高層建筑結構設計時，則不宜將所有墻體都采用剪力墻結構進行設計，對于需要應用較多剪力墻時，則需要布置一定的筒體，這樣利用剪力墻和筒體可以對水平力來進行抵抗。抗震設計時，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%。當墻較少時，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結構設計下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握如果在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。

2 剪力墻結構設計的基本樣式

2.1 壁式框架

這種樣式的剪力墻更多的在聯肢墻中進行應用，由于其洞口較大，所以墻肢的剛度往往較弱，而連梁的風度則較強，這種情況下的剪力墻在受力上表現的與框架結構更過于接近。但其與框架結構的的梁柱還具有較大的不同，厚度上較小。通常上框剪結構中，壁式框架剪力墻可以進行單獨設置，同時也可以利用其他一些墻體來進行設置，所以在目前的房屋建筑中壁式框架剪力墻應用的更為廣泛。

2.2 整體剪力墻

整體剪力墻由于沒有洞口或是只有少量的洞口，其作為建筑的主體結構存在，所以在設計時往往可以忽視洞口的存在，在現代建筑結構中作為極其重要部分，對建筑起著支撐的作用。

2.3 聯肢墻

聯肢墻上往往是有一列或是多列洞口存在，而且洞口的尺寸也較大，各連梁承擔著主要的受力，其可以說是由于多組連梁連接起來的特殊剪力墻，而且各墻肢具有比連梁更強的剛度，所以每一個墻肢的作用都不可忽視。

3 剪力墻結構方案的選擇

在建筑結構設計時，剪力墻的設計方案具有多樣化的特點，但在確保建筑結構安全的情況下，需要選擇經濟性較好的方案，可以有效的降低工程的成本。特別是在設計的初期階段，對于剪力墻結構體系、材料及構件截面尺寸的選擇，都會直接影響到建筑工程的造價。

目前高層建筑結構中，利用框支剪力墻較多，這樣就可以在上部結構中可以采用短肢剪力墻結構，同時為了盡量的減少上下層在剛度上的變化，則可以適當的減少上層短肢剪力墻來減少剪力墻的剛度，而加大下層剛度，這種結構方案可以在保證整體結構安全的基礎上，具有良好的經濟性。

對于剪力墻結構的選擇，需要根據建筑層數的多少來進行確定，短肢剪力墻結構體系適應癥于層數較小的建筑，而對于二十層以上建筑在選擇剪力墻結構時，則宜選擇傳統(tǒng)的現澆剪力墻結構。因為建筑的層數過大，對于結構的剛度要求增加，也需要結構底部具有良好的抗剪系數，控制好層部位移和頂點位移值，確保結構的安全性，所以如果利用短肢剪力墻結構則無法滿足各方面的要求，使結構的安全性無法得到保證。

對于層數在20層以下的住宅建筑若采用傳統(tǒng)的現澆剪力墻結構，由于墻體多為構造配筋，各墻肢的實際軸壓又一般會比計算值偏小，就會導致墻體的承載力不能充分發(fā)揮出來，而采用短肢剪力墻結構，就可以很好地解決這些問題，既加大了結構的延性，提高結構的抗震性也使得工程費用隨之降低。

4 剪力墻結構的優(yōu)化設計措施

4.1 基礎方案與承重構件的優(yōu)化設計

剪力墻結構的基礎設計方案應根據工程項目地質與水文條件，各項工藝、技術指標與相鄰建筑的分布狀態(tài)要進行科學、合理的規(guī)劃，以最大限度發(fā)揮基礎方案的實際作用，設計人員應盡量在原基礎上進行相應的修訂與整改。設計人員在進行實地考察后，應按照相關標準與規(guī)范進行承重構件的設計和選擇，其根本目的是確保建筑主體結構的安全性、可靠性。例如：在剪力墻承重構件的設計中，必須考慮到墻體配筋率的問題，在國內現階段執(zhí)行的相關標準中明確指出：抗震等級為一、二、三級的剪力墻中，豎向與水平分布筋的最小配筋率應≥0.25%，而部分框支剪力墻的底部加強部位實際配筋率則要≥0.3%。與上世紀80年代相比，現在規(guī)定的配筋率已經明顯提高，而且基本實現了與國外建筑行業(yè)要求的配筋率接軌，所以，在剪力墻結構設計工作中，設計人員在基礎方案與承重構件的優(yōu)化設計中，必須注重相關標準與工藝參數的合理選用，特別是要符合國家建筑主管部門出臺的最新設計標準，以保證設計方案通過審核。

4.2 有效提升建筑整體結構性能

在剪力墻設計優(yōu)化過程中要對其抗震性能進行強調，所以在設計時力求簡單、規(guī)則，明確結構各部位受力情況，避免在災難發(fā)手時出現局部結構受力不均衡的情況，實現對危害的有效控制。設計時要盡量避免出現結構薄弱部位，所以在設計時需要充分利用相關經驗及技術參數，及時對可能產生薄弱的部位進行分析，并對方案進行修訂，從而有效的提升整體結構的抗震性能。

4.3 合理應用剪力墻結構設計理念與計算方法

在剪力墻結構設計中，必須選擇合理的設計方案，這是保證建筑主體結構質量的重要環(huán)節(jié)。剪力墻結構處于受彎工作狀態(tài)時才能有展現良好的延性，所以，剪力墻的形式應以高細為主，如果剪力墻過長，可能形成低寬剪力墻，由于剪力墻呈現為脆性，難以滿足抗震要求。因此，在剪力墻結構設計中，必須經過精確的計算，雖然國內在設計工作中已經基本實現了計算機代替人工操作，但是在部分環(huán)節(jié)的計算中仍需依靠設計人員豐富的工作經驗予以解決。

目前，在國內外應用剪力墻結構設計軟件中，尚缺少專業(yè)的結構計算軟件，為了提高結構設計工作的效率與質量，設計人員應在合理應用現代設計與計算工具的同時，結合自己的觀念與經驗進行雙重判定。在剪力墻結構的優(yōu)化設計中，在相關構件的實際計算中，為了保證計算結果的可靠性，必要時可以采取結構試驗。

5 結束語

目前隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑結構設計技術得到不斷提升，在進行剪力墻結構設計時，需要充分的發(fā)揮剪力墻的優(yōu)勢，確保結構安全性的同時，將工程成本降至最低，通過對設計的不斷優(yōu)化，從而確保建筑施工的順利進行。

參考文獻

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