基于剪力墻結構設計優化運用的探析

摘要：近年來，我國的建筑行水平得到更大的突破，在人們生活環境也變得多姿多彩，對建筑結構的質量要求也越來越高，在進行建筑結構設計時，很多設計人員會用到剪力墻結構，這種結構具有良好的抗側剛度和抗震性，能極大的提高建筑結構的質量。筆者就本文對建筑結構中的剪力墻結構設計運用結合工作經驗進行了分析，并提出了一些具有合理性的優化建議。僅供參考！

關鍵詞：建筑結構;剪力墻設計;原則;優化對策

一、剪力墻結構的涵義及其分類

1.抗風墻及抗震墻都統稱剪力墻。其主要的作用是防止房屋建筑物的水平荷載墻體在承受風荷載力或者地震影響時受到破壞。簡單的說就是現澆鋼筋混凝土墻，用來抵抗水平力，如地震、風荷載等。剪力墻結構剛度大，整體性好，用剛量較省;采用現澆剪力墻結構，框架結構簡單，沒有漏梁及漏柱現象外形美觀。

2.剪力墻結構的分類

剪力墻結構分為以下幾類，其是否開洞及開洞的大小為分類的依據。

2.1實體墻或者截面剪力墻不開洞或者開洞的面積小于15%，這種剪力墻的變形主要為曲型，其就像一個整體的懸壁墻，在整個墻肢的高度上，彎矩圖既沒有彎點也不會發生突變;

2.2整體小開口剪力墻。雖然這種剪力墻的開口比較小，但是其開洞面積已經大于15%。整個剪力墻的變形主要為彎曲型，但是整個墻肢的高度基本上沒有存在反彎點，彎矩圖的主要位置發生了突變;

2.3雙肢或多肢剪力墻。這種剪力墻一般開口較大，或者其洞口成列分布。雖然在開口上與整體小開口剪力墻不同，但是它們的受力特點卻十分類似;

2.4壁式框架。這種剪力墻洞口尺寸很大，連梁線剛度和墻肢線的剛度比較接近，其整個受力墻的變形則為剪切型，受力特點與框架結構相似。其在大多數高層建筑的樓層中會出現反彎點，彎矩圖在樓層的地方也會產生突變。

二、剪力墻結構的厚度和長度的選取

剪力墻長度和寬的尺寸比較大，但是其厚度卻比較小。根據其設計的長度和厚度的比值可以將其按照柱形和雙向受壓構件設計。

1.剪力墻結構的厚度

抗震規范6.4.1條有明確規定，剪力墻底部加強墻厚一、二級抗震等級時最好大于200mm而且不得小于樓層高度的1/16，其它地方的則不得小于160mm。在剪力墻結構設計中，遇到特殊情況的建筑物應該采取概念設計分析，有效控制墻肢軸壓的比值，確保整體的連結從而達到減少墻的厚度的效果。

2.墻肢的長度

剪力墻墻肢截面的高度就是剪力墻墻肢的長度，這個長度一般不應超過 8m。在剪力墻結構設計中應確保剪力墻結構的延性，為了避免脆性的剪切破壞，可將高寬比大于2的細高剪力墻設計成彎曲破壞的延性剪力墻。但是有的墻體長度很長，為了確保墻體的高寬比值大于2，就要采取開設洞口的方法將長墻分成均勻的、長度較小的連肢墻，而其洞口則最好采用約束彎矩比較小的弱連梁。

三、剪力墻結構設計計算的原則

剪力墻的設計過程中，不能采取盲目的手段，應該根據設計規范具體考察結構的設計是否具有合理性。在進行設計時，在技術層面上應遵循一些原則，這樣才能促進剪力墻結構設計的規范化。

1.樓層之間最小剪力系數的調整原則

為了減輕結構的自重，減小地震的影響，在建筑過程中可以考慮少布置剪力墻，但是這個前提是必須要求短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不能超過40%。可以采取大開間剪力墻，使其結構具有更好的側向剛度，確保樓層最小剪力系數不小于規范限值，這樣可以大大減少工程的造價。

2.樓層層間最大位移與層高之比的調整原則

對于普通的建筑，設計重點是樓層之間的扭轉變形和剪切變形。剪切變形的控制多以豎向構件的多少來衡量，但是如果豎向構件數量很多，就會造成剪重比偏大，導致設計不合理，造成扭轉變形過大，同樣不能有效滿足樓層間位移的需要。所以，在建筑物中應盡量減少扭轉變形，而不能單靠增加豎向構件的剛度來調整樓層之間的位移。

3.剪力墻連梁超限的調整原則

剪力墻跨高比小于2.5的連梁比較容易出現剪力和彎矩超過規定的限度的情況，所以一般規定剪力墻連梁的跨高比最好大于 2.5跨高比大于 5 的連梁則最好按照框架梁來進行設計，而跨高比在 5～6 之時，在連梁剛度不折減的情況下就會出現剪力或者彎矩超出規范限值。所以在剪力墻結構設計中應充分利用連梁超限的調整原則，這將大大節省工程造價，能夠有效促進工程投資的節約。

四、剪力墻結構設計要點及優化

1.有效地控制剪力墻數目

在建筑工程中，設置剪力墻的主要作用是為了承載地震作用和風荷載引起的水平荷載，但并不是剪力墻設置的越多其作用就越好，在實際工程中，為了有效地提高建筑物的抗震性能，減輕建筑物的自身重量，往往需要對剪力墻的數量進行有效地控制。設計人員在進行剪力墻結構設計時，要根據工程的實際情況，合理的確定剪力墻的數量，從而為建筑工程的施工質量提供保障。

2.剪力墻平面布置要點

在剪力墻結構中，所有水平力和豎向荷載都是由鋼筋混凝土墻承受的，因此，在設置剪力墻時，要沿著平面主軸線的方向布置，同時剪力墻的平面要對稱布置，這樣不僅能讓剪力墻的剛度中心和質量中心保持一致，還能有效地降低剪力墻的扭矩。當剪力墻主要用于抗震時，在設計剪力墻結構時，要盡量避免布置單向平面，這樣會極大的降低剪力墻的抗震能力。

3.剪力墻結構設計的其他要點

在進行剪力墻設計時，為保證建筑結構的穩定性，確保建筑物的施工質量符合相關規定，要充分考慮剪力墻的安全性。剪力墻結構的本質就是為了保證建筑物的安全性，如果不能保證剪力墻的安全性，那么也就難以保證整個建筑物的安全性，而如果在剪力墻結構設計中，能保證剪力墻的安全可靠，將剪力墻的功能充分發揮出來，那就能極大的提高建筑物的穩定性。同時在進行剪力墻設計時，設計人員還要考慮剪力墻結構工程造價的問題，如在進行剪力墻結構設計時，控制好原材料的質量，并且控制好材料的含鋼量，在保證建筑物的安全前提下，最大限度的減少材料的含鋼量，從而減少成本。

4.剪力墻的優化設計

在進行剪力墻設計時，要注意對剪力墻結構的優化，對于剪力墻上的洞口或者門窗，要保證上下對齊，成列布置，從而保證剪力墻的承重力符合相關規定。在設計過程中，嚴禁使用疊合的錯墻洞，避免出現變形的現象，當剪力墻比較長時，要將剪力墻均勻的分成幾個墻面，并且要合理的開設洞口，墻面之間要采用連梁連接起來，并且要保證每個獨立墻的總高度和截面高度之比不能低于2，防止剪力墻受到剪切破壞。在進行剪力墻結構設計時，設計人員還要注意，不能在洞口之間形成小墻肢，如果出現小墻肢，則要根據實際情況，適當的進行加密，從而保證剪力墻的質量符合相關規定。

5.剪力墻優化設計的有效措施

在優化剪力墻結構的設計中，為了使受力達到均衡，應當采取有效恰當的措施。剪力墻結構的安全可靠度非常好，每一個結構能夠同時發揮最大作用，這樣能夠達到經濟合理的目的。所以在剪力墻的優化設計中首先應該考慮到工程的造價和安全性，結合這兩項因素合理調整剪力墻的布置能夠促進建筑結構設計中剪力墻結構的優化。另外，為了節省工程造價，可以從技術手段和原材料的應用兩方面著手。在工程的實施中，將含鋼量控制在一定范圍內，既不損害建筑的安全性也能充分發揮原材料的最大用途是優化設計的最佳方案。

五、結語

剪力墻結構具有抗震性、抗側剛度大、用鋼量少等特點，將其應用在建筑工程中，能極大的提高建筑工程的施工質量，為建筑物的穩定性提供保障。在建筑結構設計中進行剪力墻結構設計時，設計人員要嚴格的按照剪力墻設計原則，根據實際情況，不斷的進行創新，從而有效地提高建筑物的綜合性。

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