淺議剪力墻結構設計的優化措施

【摘要】本文簡要介紹了高層建筑結構形式中的剪力墻結構體系的設計與優化，重點就該結構形式的優化措施進行研究，希望通過該文的分析探索，能有助于工程實踐，進而服務國家的經濟建設。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻設計；優化措施

隨著建筑施工技術的提高，高層建筑越來越成為當前城市建筑的主流，其中由于剪力墻這種結構形式能較大的提高房間使用面積，且造價相對低廉，以至越來越多的開發商和購房戶開始青睞采用剪力墻結構體系的高層建筑。本文著重研究的就是剪力墻結構設計的優化措施。

一、注重空間布置，提高剪力墻結構性能

大量工程實踐表明，注重剪力墻的空間布置可以提高其結構性能，具體在設計上應從如下幾個方面出發：

1、注重剪力墻布置方式上的設計，為了更好地提升剪力墻的結構功能，空間上剪力墻沿主軸方向或其他方向均應該科學的雙向或多向布置，實踐表明，對于不同方向剪力墻在設計上應有效地聯結，構成整體結構性能，促使剪力墻空間工作性能能夠最優化。

2、注重剪力墻豎向布置的連續性，剪力墻結構設計比較忌諱的就是豎向剛度的突變，在地震中容易造成局部破壞甚至影響結構整體安全。為了有效避免不良的剛度突變的發生，剪力墻在布置上科學的做法是從下到上連續地實施布置。

3、注重剪力墻的剛度設計，大量實踐表明，沿高度的方向結構剛度要求在合理的范圍內應允許改變墻的厚度和混凝土的強度等級，這樣的剛度要求目的在于確保剪力墻結構側向剛度逐漸沿著高度的方向連續地減小。大量研究顯示，如果剪力墻在實驗中沿著高度處于非連續的剛性變化，將會導致高層建筑的結構沿著高度方向剛度有可能出現突變現象，不利于結構抗震效果的發揮。

4、注意過長剪力墻的設計，在實際的工程項目中，有時由于建筑功能的要求，剪力墻的長度有可能要求比較長，該情況在設計上如圖2所示，做法上可以借助于弱連梁對剪力墻實施分段連接處理。

5、注重剪力墻洞口布置的設計，從工程實踐來看，剪力墻的開洞方式對剪力墻的力學性能構成了重大的影響。從剪力墻的物理力學性能要求來看，剪力墻的門窗洞口開洞方式的設計原則上要確保其上下對齊，成列地科學布置，工藝墻肢和連梁的布置尤其要求科學合理，因為它們應力分布非常的規則，借助于規則的設計能夠有效地保證建筑的安全性能維持在較高的水平。

當然，如圖3所示在實際的工程項目中，建筑有時需要有不規則開洞的剪力墻，例如圖3-1為錯洞剪力墻； 圖3-2和3-3為疊合錯洞墻。不規則的開洞形式對結構的抗震性能是極為不利的，在無法避免時，設計上應注意以下兩點：

（1）、對于一、二、三級抗震等級剪力墻的底部加強部位應杜絕使用錯洞墻，對于工程中的其他部位如果必須使用錯洞墻時，錯開洞口水平之間的距離應確保≥2000mm（如圖3中的3-1所示），設計時應綜合多種因素進行計算與分析，在洞口的周邊應有針對性布設有效的構造措施；

（2）、對于一、二、三級抗震等級的剪力墻，無論在什么部位都不可以采用疊合錯洞墻，除此之外且必須要用到疊合錯洞墻時，在其布置時必須借助于有限元的方法進行仔細的計算和分析，同時應該在洞口周邊布設加強措施（如圖3中的3-2所示），或者采用其他輕質材料填充（圖中陰影部分），如此一來可講疊合洞口等效看作為框架結構（如圖3中3-3所示）。

二、注重剪力墻墻肢設計與配筋控制

大量工程實踐表明，注重剪力墻的墻肢設計和配筋控制可以有效降低其結構造價，具體如下：

1、剪力墻的截面厚度可以采用多種尺寸，最小截面尺寸可為180mm（電梯井隔墻可為160mm），按照50mm為模數增加，不宜只考慮尺寸為200mm、250mm、300mm等。剪力墻的截面厚度符合墻體穩定性驗算要求時即可（剪力墻電算結果不滿足穩定性要求時，可按《高規》附錄D手算復核）。

2、剪力墻布置時盡量減少剪力墻小墻垛的數量和長度，盡量不采用短肢剪力墻構件和短肢剪力墻結構。對由連梁相連的剪力墻墻肢，不按單獨墻肢判斷其是否屬于短肢剪力墻。（短肢剪力墻指截面厚度不大于300mm且各墻肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻）。剪力墻布置時盡量不采用框架柱構件和端柱，若必須采用，則盡量減小框架柱和端柱截面尺寸。

3、剪力墻底部加強部位的范圍，應符合規范要求即可

4、三級剪力墻（作者所在地為6度區，故著重論述6度區的剪力墻結構）底層墻肢截面的軸壓比大于0.3時，應在底部加強部位及相鄰的上一層設置約束邊緣構件。故剪力墻約束邊緣構件的設置應對底部加強部位范圍內的各層各部位核對軸壓比，判定是否需要設置約束邊緣構件。

5、當剪力墻需要設置約束邊緣構件時，約束邊緣構件的配箍特征值可按規范要求取值。

6、剪力墻邊緣構件縱筋應采取多種直徑鋼筋進行搭配，使實際配筋與計算或構造要求配筋更接近，且大直徑鋼筋放置在角部。當剪力墻暗柱縱筋非構造配筋時，且暗柱縱筋采用III級鋼筋，建議按SATWE計算結果里組合墻（15項）來驗算，若驗算后暗柱配筋還是偏大較多，建議調整剪力墻布置。另施工圖應注明暗柱縱筋（直徑大于等于14mm）全部采用電渣壓力焊接，否則注明暗柱縱筋搭接長度范圍內箍筋加密間距為100mm。

7、剪力墻構造邊緣構件縱筋間距建議為300mm左右。剪力墻箍筋形式要最大限度減小重疊部分，除角部外允許用拉筋處盡量不用箍筋，且采取外大箍內小箍的方式。

8、剪力墻墻身構造配筋均可按最小配筋率取值即可。

三、結論

高層建筑結構優化設計是一個復雜的過程。本文針對剪力墻結構的優化措施僅僅是小方面的見解，望能得到廣大讀者的補充和延伸。

參考文獻：

[1]、李國勝.多高層混凝土結構設計優化與合理構造[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2]、薛云飛，馬曉霞. 談剪力墻結構設計中的幾個問題[J]. 陜西建筑. 2008（06）