剪力墻結構的優化設計

孫碩

摘要：建筑剪力墻結構設計是新型建筑設計尤為重要的一個環節，針對于此，本文分析了建筑結構設計中剪力墻結構的應用及優化設計。

關鍵詞：建筑結構；剪力墻；應用；優化設計

中圖分類號：TU398.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-63-02

前言

在建筑結構中，剪力墻體側移小、抗側剛度大、抗震性能良好，因此，在建筑結構設計中剪力墻結構得到了廣泛的應用。

1建筑結構設計中剪力墻結構的概述

1.1剪力墻結構概述

因剪力墻在風荷載和抗震方面極具優越性，可將其稱為抗風墻或者抗震墻。城市化背景下，高層建筑數量日益增多，結構設計中，選用部分墻體進行剪力墻設計。如果剪力墻應用比較多，需要進行簡體布置，以有效抵抗水平力。抗震設計過程中，墻體承受的第一振型底部地震傾覆力矩不超過結構總底部地震傾覆力矩的一半。當墻體比較少，墻體承受的第一振型底部地震傾覆力矩不超過結構總底部地震傾覆力矩的15%一40%。可參照普通剪力墻結構標準執行相關設計工作，極具靈活性。如果剪力墻結構中，僅包含個別小墻肢，可按照一般剪力墻結構.對其進行處理。

1.2剪力墻結構樣式

（1）整體剪力墻。整體剪力墻中的洞口數量很少，是建筑工程結構設計中的關鍵內容。具體設計工作中，可對洞口忽略不計。其在現代建筑工程中不可或缺，主要用以對建筑工程進行有效支撐。（2）壁式框架。聯肢墻中，對該樣式剪力墻應用比較多，因洞口過大，墻肢剛度不足，而連梁風度比較強。該背景下，剪力墻的受力與框架結構類似。但是它與框架結構中的梁柱仍然存在很大的差別，厚度不足。可在上框剪結構中，單獨設置壁式框架剪力墻，并采用其他部分墻體作為輔助。該種墻體形式在當前房屋建筑中極具適用性。（3）聯肢墻。聯肢墻上的洞口通常是一排或多排，洞口尺寸很大，連梁是主要的受力承擔主體。作為特殊剪力墻，其由多組連梁共同連接。而且，相較于連梁，墻肢更具剛度優勢。

2建筑結構設計中剪力墻的布置原則

（1）剪力墻體宜拉通對直。房屋建筑在設計過程中時，宜將剪力墻上的門、窗、結構洞口等上下樓層對齊，以明確結構傳力途徑，增強整體結構的抗震性能。剪力墻體宜沿軸線拉通對直。要盡量避免出現重疊、錯洞墻體的狀況，以免給建筑結構帶來不必要的危害，如墻肢破裂、墻體抗震失能等，若無法避免相關不利布置，設計中要考慮相應的處理措施。

（2）雙向布置原則。剪力墻結構中，出于抗震要求，應沿結構縱向、橫向布置剪力墻單元，如此才能使結構的雙側抗側力得到保證。另一方面，除了確保剪力墻是結構雙向布置以外，還需要使雙向結構中的來自兩個方向的抗側剛度盡可能地相近，即自振周期相似。

（3）豎向貫穿。在豎向上，墻體應該自上而下，從總體上貫穿結構。一般情況下，剪力墻體豎直方向發生變化時，墻體的厚度及剛度可隨高度變化而變化。或者說，亦可以通過降低剪力墻單元的剛度以達到減少抗側剛度的目的，防止出現剛度突變而削弱結構的抗震效果。

（4）開設洞口。針對長度較長的剪力墻體，需要通過開設洞口來平均分攤墻體受到的負荷力。洞口與洞口之間可利用弱梁聯結，但是，墻肢長度不宜過大，一般要求小于8米。

（5）與建筑物高度相適配。選擇剪力墻的類型時應該與建筑物的高度及受力狀態相對應，譬如，短肢剪力墻不能過多的應用于高層建筑物之中，否則會產生受力不均的現象。

（6）減少墻肢平面外彎矩。減少墻肢平面外彎矩的方式有很多，例如，可增加豎直方向的墻體數量以實現墻肢平面外彎矩的有效控制：亦可以通過壁柱的增加來減弱梁端的迫壓：當墻體截面相對較小時，可設置成鉸接樣式，同樣可以使得墻肢平面外彎矩減小：或增大墻體截面、提高墻體配筋率來抵抗平面外彎矩。

3建筑工程剪力墻結構的優化設計

3.1基礎方案與承重構件

依據建筑工程的地質和水文狀況，確定剪力墻結構設計方案，對工藝、技術、周邊建筑分布狀況等.具備清晰的認識，并對其進行合理規劃和布局。而設計人員也要在原有基礎上，對其進行修訂和整改。依據建筑工程的事實背景，在具體標準和規范框架內，確定承重構件，并對其進行合理設置。以剪力墻承重構件設計為例，該過程中，將墻體配筋率作為重點考量內容。設計剪力墻結構時，設計單位要認識到基礎方案的重要性，并對承重構件的優化設計過程進行嚴格控制，采用正確的方式，對相關標準和工藝參數進行合理確定和選擇，避免與國家相關設計標準存在偏差，使設計方案更具實用性。

3.2進行計算方法的確定

當剪力墻結構為受彎狀態，其具備較好的延性。因此，剪力墻一般為高細樣式，假使其過長，很容易形成低寬剪力墻。因剪力墻呈現出脆性特征，其抗震性很容易被削弱。剪力墻結構設計中，切忌盲目，要以精準的計算為基礎。當前，我國剪力墻結構設計中，多采用計算機執行設計工作。但是部分計算內容，仍然需要依靠人工執行。設計人員除了采用計算機，實現剪力墻結構計算之外，更要依據自身的專業構成及工作經驗，對具體設計過程進行有效判定，提高設計質量，將設計過程中的偏差降到最低。而構件計算過程中，要通過結構試驗，使計算結果更加準確，從根本上消除誤差。

3.3建筑結構性能的提高

抗震性能在剪力墻優化設計中極為重要。嚴格控制設計過程，力求簡單和規則，并對各部位的受力狀況具備明確認知，避免因局部結構受力不均，使建筑工程的安全性和穩定性難移保障。設計過程中，要對建筑工程結構的重要性予以強調，依據以往經驗和具體技術參數，采用專業的眼光，分析薄弱部位，繼而對設計方案進行修整，使建筑工程具備較好的抗震性，從根本上消除安全問題。

4建筑結構設計中剪力墻結構的應用

4.1細部構造

基于剪力墻結構具有的抗側力性和抗震性的主要作用，決定了技術人員在進行剪力墻結構設計工作時更需要用心做好它的細部構造設計。只有做好了細節上的設計才能從整體上使其抗震、抗側力得性能達標，尤其是針對薄弱的分部結構，需要特別采用一些有效措施，增強它的抗震性，從而減輕其在地震中的受損程度。另外，剪力墻的底部小墻肢及拐角處的墻肢，均是剪力墻結構中的薄弱點，需要特別注意它的設計和工藝，及時避免出現不利影響。

4.2墻體配筋

通常情況下，剪力墻結構的內側設置為豎直方向的鋼筋配筋，而其外側為水平方向的鋼筋。需要注意的是墻體配筋及構造邊緣構件需要滿足規范要求的最小配筋率，約束邊緣構件除滿足最小配筋率以外，也需復核計算配筋的要求。

4.3大墻肢處理

在建筑工程施工中，剪力墻結構寬與高之比一般要求大于2，否則，剪力墻容易受破壞。而當剪力墻過長，則需要對墻體分段以減短其承壓長度，不易發生彎曲。另外，可采用開洞施工的方法，將大墻肢通過洞口分為若干小墻肢，待主體結構完工后，進行二次結構填充。

4.4連梁超筋處理

由于剪力墻結構無法達到剪壓比要求，因而形成了連梁超筋。針對于此：（1）減小連梁截面高度或設置雙連梁，減少連梁與相鄰墻體的剛度分配，降低連梁所承擔的地震力，然后進行連梁內力分析，計算出配筋參數：（2）在不影響洞口截面的情況下，加大連梁截面高度，來抵抗連梁所受到的剪力：（3）若連梁截面允許，可在連梁中增設交叉斜筋，或者連梁中增設鋼板。另外，提高連梁的配筋率、增大連梁的混凝土強度也可解決連梁超筋問題，但頗為不經濟。

5結語

總而言之，建筑剪力墻結構設計是非常重要的一項工作，在廣泛應用剪力墻結構的同時，還需要使剪力墻結構設計能夠得到有效優化。