建筑剪力墻結構設計優化策略研究

李青春

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，蘭州 730000）

1 引言

隨著現代工程技術的發展和對建筑模式的多樣性需求，建筑物的種類、風格、高層和形式愈發多樣和復雜，不同結構形式建筑物的受力情況、結構承重不同，特殊外力作用下，建筑物的構件易受到損害，乃至影響整個建筑的整體性安全，建筑剪力墻結構的應用，為建筑的發展提供了重要的技術支撐，多種結構形式的建筑物受力不均問題得到了有效解決，為有效發揮建筑剪力墻結構在工程建筑中的抗震、抗壓作用，對剪力墻結構的優化設計具有一定的必要性和現實意義。

2 建筑剪力墻結構總體認識

2.1 建筑剪力墻結構概述

一般來講，建筑剪力墻結構是由多重橫、縱鋼筋混凝土墻及樓蓋所構筑的空間結構，其墻體具備抵抗外界風力荷載及地震引發的水平荷載和豎向荷載的作用，從其功能作用的一般意義講，建筑剪力墻又稱為抗震墻【1】。在現代建筑工程中，建筑剪力墻是高層建筑的常用結構形式，由于建筑剪力墻的作用，其自身平面內的剛度大、強度高，受水平作用力影響弱，墻體側移不易發生。因其具備抗風、抗震的作用，被廣泛應用于高層建筑結構建設中。在現實建筑構造中，建筑剪力墻多采用現澆或預制件組裝的形式，以鋼筋混凝土的形式進行剪力墻澆筑，與梁、柱結構一同澆筑，以保障剪力墻的強度和穩定性。

2.2 建筑剪力墻結構的特點

剪力墻是建筑物或構筑物結構的主要承載構件，同時，在建筑物構建中扮演著分割墻和圍護墻的角色，因此，墻體的布置與分配必須同時滿足建筑平面布置和結構布置的雙重需求。剪力墻結構具有突出的承載能力、整體性和空間作用，與一般的框架結構相比，在抗側力方面性能更佳，因此，多用于中高層建筑結構體系中。剪力墻結構的突出特點在于其側向剛度大，水平荷載對其的側移影響小，但其也存在一定的結構缺陷，剪力墻間的間距受到一定的空間限制，在大空間建筑結構形式中的抗力作用無法體現。因其結構自重大、靈活性低等特點適用于住宅、公寓、旅館等一般建筑物中。剪力墻結構的樓蓋結構一般以平板的形式存在，可不設梁結構，相對空間利用比較好，在一定程度上可節約層高。

2.3 剪力墻結構的受力特點

剪力墻結構承受水平和縱向的雙重荷載，但其主體作用在于承受平行于墻體結構的水平荷載。剪力墻結構內外的剛度大小差異突出，平面內部的剛度大，外部剛度小，形成鮮明的反差。在剪力墻結構側向穩定中，樓蓋的支撐作用不可忽略。在水平荷載作用下，墻體如同1 根底部嵌固于基礎頂面的直立懸臂深梁，墻體屬于壓、彎、剪復合受力狀態【2】。

3 建筑剪力墻結構優化設計的初步思路

建筑剪力墻結構的優化設計分析應基于當前建筑工程現狀，整理初步優化思路，指導建筑工程建設，從而實現結構優化思路的深化拓展。

3.1 基于工程需要，設置墻寬、墻高，體現受力情況

建筑剪力墻的設計與施工是否規范、合理，重點在基于工程現狀下剪力墻寬、高的設置。基于以往建筑工程建設案例，剪力墻容易出現墻面大、厚度小的情況，且時有發生，此種情形下的剪力墻結構會出現受力不均，影響整體結構的完整性和安全性。為確保構件厚度與肢長符合相應構筑標準和規范，施工時，剪力墻應與柱結構進行分離和區別。在不同的施工規范下規范化施工。如構件厚度與肢體比小于3 時，應以柱的標準規范設計；構件厚度與肢體比大于3 時，應按剪力墻的標準來進行設計規劃。只有基于遵從指導性規范的前提下，進行剪力墻優化設計的思路編排，才能使剪力墻的優化設計得到保障。同時，因剪力墻受到水平和豎向雙重作用力的影響，在剪力墻設計思路的指定中應全面分析考慮不同力對剪力墻的作用。由于剪力與彎矩的雙重影響，剪力墻所要承受的力超出了一定的范圍，故其應具備一定的延續性。

3.2 基于受力的科學計算，優化剪力墻結構設計

剪力墻結構的設計應綜合分析水平荷載和豎向荷載的雙重作用，在科學計算受力大小的前提下進行剪力墻優化設計，以確保剪力墻承受荷載和壓力控制在有效的范圍內，符合建筑工程的安全性建設標準。在剪力墻結構設計過程中，應明確分析剪力墻與寬度的數量關系和樓層間的最小剪力系數。從工程建筑剪力墻設計的相關規范來看，設計剪力墻應在降低其自重基礎上，同時確保剪力墻的抗震、抗風能力。基于一般剪力墻抗側剛度比較小，在剪力墻設計中，應布置一定量的大長度剪力墻，或以電梯間大剛度內筒的形式來彌補短肢剪力墻的抗側剛度不足的缺陷。科學化的剪力墻設計既保障了整體結構的穩定，又提升了建筑的抗震效果。總體而言，剪力墻設計的結構應基于現實情況，在承受荷載的科學計算下，進行剪力墻結構的優化設計。這些只是剪力墻結構優化設計的一般思路，還應基于工程建筑建設進行深入探究。

4 建筑剪力墻結構優化設計的具體策略

建筑剪力墻結構優化設計的初步思路整體上明確了剪力墻優化設計的方向，但如何進行優化設計還需要具體的策略性探討。

4.1 具體分析建筑剪力墻結構尺寸數據及外形要求

建筑剪力墻結構優化設計的基礎在于對其尺寸數據和外形要求的合理把握。不同建筑、不同結構形式中剪力墻結構的形式、建設要求不同，故其設計也會存在諸多差異，剪力墻結構在橫向和豎向所承受荷載壓力、荷載分布及整體剛度因此也會有所不同。為了保障剪力墻所受荷載的均勻傳遞，其設計應滿足剪力墻肢截面高度8 倍于其厚度值的規范要求。剪力墻結構外形與其穩定性有著必然的聯系。對剪力墻結構的優化設計，可以從外形的角度使其更具合理性。一般設計中常采用T 型或L 型，這2 種結構很大程度上減輕了墻體自重、縮小了自身體積，側向剛度也得到了較大幅度的提升，有效降低了施工成本。

4.2 剪力墻結構中邊緣構件的優化設計

剪力墻結構的優化設計是多層面、多角度的。結構尺寸及外形優化設計僅是其中的一個層面，同樣對剪力墻結構的邊緣構件進行優化也能達到建筑剪力墻結構優化設計的效果。具體體現在以下2 個方面。

1）構造邊緣構件的約束，在規定范圍內，明確其墻肢長度和箍筋配筋的特征值。

2）剪力墻邊緣構件的約束。約束對象主要是暗柱、端柱和翼墻。對相關搭建結構的約束是為了確保剪力墻的剛度，避免層間位移。對于剪力墻邊緣構件的優化設計，應基于建設的規范要求，合理增大邊緣構件如暗柱、端柱的截面尺寸。

4.3 剪力墻結構中連梁及大墻肢的優化設計

剪力墻連梁是其關聯墻肢間起連接作用的梁結構，在墻肢受到極限壓時，會產生形變或超筋破壞，甚至影響到整個建筑的穩定性和安全性。對剪力墻連梁進行優化，能夠最大限度地縮減連梁受損。在有效范圍內降低剪力墻連梁高度是優化設計的一種，另外一種是規范控制剪力墻結構的塑性和增強連梁的抗震強度。對剪力墻結構延展性進行優化也是優化設計的一個部分，基于剪力墻的高寬比，規劃剪力墻的外形形狀。基于剪力墻的高度，采用均勻分段和開洞技術，有效控制，使剪力墻結構的受損程度降低【3】。

5 結語

綜上所述，剪力墻結構優化設計對建筑工程來講是一項極為重要的工作，基于剪力墻結構的基本概況，進行優化設計的思路探討、具體策略探討，使剪力墻結構得以完善和發展，從而促進建筑工程的特色化建設。