建筑剪力墻結構設計優(yōu)化策略研究

孫偉超 王文波

摘 要：剪力墻結構設計直接影響到建筑整體安全和工程經濟性。因此，在實際工作中有必要對剪力墻結構受力、性能、特點、要求和不同構件間的相互作用進行深入了解，從實際入手對設計進行不斷改進和優(yōu)化，實現(xiàn)預期設計目標，在保證結構安全性及各項性能的基礎上，降低工程造價，提高經濟效益。

關鍵詞：建筑；剪力墻結構；設計優(yōu)化

1 剪力墻的特征及其種類

從整體上來說剪力墻的特點有下面幾點，其側向剛度很強。還有一個相對比較小的側移，如果發(fā)生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墻結構的應用中，室內墻體很平整，但剪力墻結構，在施工的時候需要很多環(huán)節(jié)，所以造價相對較高。如果按照剪力墻結構開洞與否可分為以下幾種：小開洞剪力墻、壁式框架、實體墻、雙肢或多肢剪力墻等。這些剪力墻各有不同的應用特點，每個結構設計人員應針對具體的建筑結構，選擇合適的剪力墻結構形式。

2 建筑剪力墻結構的設計

2.1 厚度設計

在設計剪力墻結構時，需嚴格依據我國有關規(guī)定，對于剪力墻的厚度選擇上需切實依據震級來進行，對于抗震等級是一、二級的建筑物，它的底部加強范圍的剪力墻厚度不應小于200mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/16，其余部位墻體厚度不能低于160mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/20。對于抗震等級是三、四級的建筑物，它的底部加強范圍的剪力墻厚度不應小于160mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/20，其余部位墻體厚度不能低于140mm。對于無端柱或者翼墻時，底部加強區(qū)的墻厚要求更為嚴格，一、二級不宜小于層高或無肢長度的1/12，三、四級不宜小于層高或無肢長度的1/16。除此之外，在對剪力墻厚度進行設計時，如果所遇到的狀況比較特殊，設計人員需采用有效的應對措施，增強概念設理念，結合墻肢軸壓比的狀況，同時保證便于施工現(xiàn)場鋼筋的綁扎及混凝土澆筑質量控制，對建筑結構的安全性能夠展開全面控制，進而增強建筑整體結構強度。

2.2 延性設計

剪力墻結構設計應重點從這幾個方面著手；首先，保證結構的墻體底部具有較好的延性及耗能能力，應控制結構在其底部一定高度范圍不出現(xiàn)屈服，對墻體底部加強區(qū)范圍的受剪承載力予以提高，加強其抗震構造措施，保證建筑物底部一定高度范圍具有較大的彈性變形能力，提高結構的整體抗倒塌能力。另外，在強震作用下，結構破壞的過程應當是連梁先屈服，然后才是墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸，連梁設計同樣遵循強剪弱彎的原則，連梁作為耗能構件，必須保證其延性，避免在地震作用下，連梁發(fā)生剪切破壞。

2.3 結構參數

由于建筑物承載荷載力比較大，所以在對剪力墻設計時，需對各項參數展開全面考慮，以便對其進行有效控制，從而保證建筑物在荷載力在可控范圍內。在設計建筑物的結構參數時，務必要對建筑物的比例、位移等方面進行全面分析，進而展開設計，將建筑物的各項參數控制在有效范圍中，來確保建筑物不會因設計欠缺規(guī)范性而重心不穩(wěn)。在設計建筑物的結構參數時，需對不規(guī)則的剪力墻展開科學設計，把其管控在規(guī)定范圍。

3 剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

3.1 定位剪力墻結構

為了能夠有效的提高剪力墻的安全性與合理性，在實際的施工中需要對剪力墻的結構進行合理的布置。通常情況下，可以從以下兩個方面進行控制：第一是平面的結構布置，第二是豎向的結構布置。在設計剪力墻平面的結構時，需要深入了解剪力墻的質量中心、剛度中心的結構與實際性能，避免發(fā)生扭矩等不良的現(xiàn)象，同時還要對剪力墻開展拉直的工作。從某種意義上講，剪力墻的結構不能太復雜，在設計結構時最好遵循簡單、便捷的原則，以此保障剪力墻能夠充分發(fā)揮自身的價值。另外，在設計剪力墻時，需要全面了解的建筑物荷載等參數，分析剪力墻需要承受的壓力，以此確保剪力墻的剛度與性能。

3.2 剪力墻中大墻肢的處理

就剪力墻結構的意義而言，其自身的結構具有延伸性的特征與優(yōu)勢，并且直接影響其自身的性能，所以在實際施工過程中可以利用該特征充分發(fā)揮其效用。通常情況下，在設計剪力墻的結構時，相關的工作人員很可能將高狀結構作為設計的目標，而這樣的墻體會嚴重降低建筑物的穩(wěn)定性，因此在施工中應該盡可能避免此種形式的設計，全面提升剪力墻結構的剛度。如果剪力墻的長度較小，很可能會造成墻體裂縫，減低對整個墻體配筋的支撐效用，嚴重影響建筑的穩(wěn)定性，并且威脅用戶的生命安全。為了能夠避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，需要在設計與施工的過程中，對剪力墻進行留洞，以此檢測剪力墻實際的支撐效果，當施工完成以后可以在對該洞進行填筑，通過這樣的方式，能夠將長墻變?yōu)槎虊?。另外，還可以在設計剪力墻結構的過程中，根據建筑物的實際需求開展設計工作，同時預留洞，并采用針對性的計算方式分析大墻肢的實際承受能力。

3.3 控制墻體的配筋

設計剪力墻結構時，需要充分考慮建筑工程的經濟效益與安全質量，就剪力墻來說，其結構不僅影響建筑墻體的指令，還會影響墻體內部的配筋。通常情況下，在剪力墻實際的施工中，要將鋼筋置入其中，以此提高剪力墻的穩(wěn)定性。但是，如果全部依靠鋼筋來提升剪力墻的穩(wěn)定性，就會增加鋼筋的使用量，進而提高建筑企業(yè)的資金支出，影響其實際的經濟收入。因此，在設計剪力墻結構時，需要有效提高墻體自身的支撐力與強度，進而降低鋼筋的配比，在保障剪力墻效用的同時降低施工成本。

4 剪力墻結構設計的優(yōu)化措施

4.1 墻肢平面外彎矩的優(yōu)化措施

當剪力墻平面內外承載力及剛度存在較大差異時，則由于剛度發(fā)生突變可能會導致整個剪力墻方向的梁連接處產生墻肢平面外彎矩。介于此，設計人員在設計剪力墻時，可以通過在剪力墻與梁連接處設置適當的暗柱和扶墻柱或者順著梁軸線方向設置一定長度的剪力墻與梁相連接等措施，從而實現(xiàn)對這一問題的優(yōu)化。

4.2 剪力墻連梁設計的優(yōu)化措施

在建筑結構設計中，剪力墻連梁設計不僅能夠使結構剛度得到保證，而且還有利于建筑側移的有效減小，因此，其具有非常重要的意義。然而，在建筑結構設計中，剪力墻連梁設計需要考慮諸多因素的影響。比如，在剪力墻連梁設計過程中，對于梁的結構抗側力剛度與內力，必須對與之相連剪力墻的墻肢剛度進行充分考慮。當連梁跨高比較小時，在反復荷載作用下極易導致連梁產生斜裂縫，引起剪切破壞，因此，設計人員在剪力墻結構設計過程中，為了防止剪力墻連梁剪切破壞現(xiàn)象的發(fā)生，可以采用跨高比較大的連梁，從而使連梁的可延性得到有效地保障。

5 結束語

近年來，高層住宅建筑越來越多的采用剪力墻結構，因為剪力墻不僅能提供靈活的使用空間，而且還能簡化設計和施工流程，提高效率，降低成本。但在實際的建筑結構設計工作中，由于考慮不全面、結構布置不合理等原因，使得剪力墻結構的作用與特點并不能得到充分發(fā)揮，甚至還有一些結構方案存在安全問題。對此，要嚴格根據建筑實際情況和使用要求，對具體問題采用適宜的設計方法，滿足規(guī)范要求，保證建筑結構設計質量。

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