剪力墻結構的優化設計研究

文/錢誠 浙江新時代建筑設計有限公司 浙江金華 321000

我國隨著房屋建筑商品化和設計工作與國際接軌，逐步要求進行限額設計，如建筑的總造價、結構單位面積用鋼量和混凝土量等等。這就要求對設計體系應有全局的把控，對設計的各個環節應有良好的認知能力，尤其對于結構設計而言，設計不僅僅是規范加設計，更不是規范加一體化計算機結構分析程序，而應具有結構設計概念、經驗、判斷力和創新性去適應市場對設計的要求，技術要創新，方案要合理，努力適應時代的發展。

1、剪力墻設計原則

1.1 連續性

剪力墻的作用是用于建筑構件的維護以及結構的分離，起到承載水平和豎向阻力的用處。因此，為避免剪力墻剛度變化引起的建筑側向位移現象，在建筑剪力墻結構設計中應從上到下布置，以盡量避免剛度的突然變化出現。

1.2 對墻體進行受力分析

在設計剪力墻整體結構時，有必要對墻體的混凝土應力進行詳細的分析。作為平面構件，墻體上的壓力不僅包括水平彎矩和剪力，而且還包括豎向壓力。因此，在剪力墻結構的設計工作中，必須充分考慮和認真分析剪力墻自身的應力，以保證剪力墻的使用效果和質量。

1.3 墻體延性

墻體的延性對剪力墻結構的穩定性起著非常重要的作用。在結構設計過程中，如果剪力墻過薄、過高，往往會由于連接梁的應力而導致嚴重的張拉或彎曲，從而導致剪力破壞，難以恢復。因此，在建筑結構設計中，特別是在高層建筑結構設計中，不可能采用整體強度比大于9m、高寬比小于2m的細長剪力墻。應盡量避免設置剪力墻的曲折形狀。此時，可以在截面的一部分上設置一個孔，將整個墻體分割成幾個生長小于9m的均勻的截面，形成連接墻，從而充分發揮剪力墻的延性。

2、設計剪力墻結構的原則

2.1 樓層最小剪力系數的調整原則

設計過程中，應遵循樓層之間剪力系數達到最小的原則。為保證建筑結構優異的抗震性能，出于結構安全的考慮，要確保建筑結構的樓層水平地震剪力大于樓層的最小地震剪力。在結構設計中，要考慮盡量減少剪力墻，盡可能增大設計房間的空間，使結構具有適宜的側向剛度，綜合考慮設計得到樓層最小剪力系數。此外，設計人員還需在設計中盡量減輕建筑物的重量，降低工程造價，同時優化建筑物的抗震能力。

2.2 樓層間位移調整原則

控制樓層間扭轉變形以及剪切變形是結構設計過程中的重點。在建筑結構的設計過程中，應遵循樓層間最大位移與樓層高之比的原則，在優化調整的時候，需根據設計原則布置豎向構件，一旦構件布置不合理，會造成樓層間扭轉變形加大，層間位移不滿足的情況。高層建筑的結構設計原則為盡可能縮小扭轉變形，不能盲目增加豎向構件。假如僅僅為某一方向層間位移不滿足，可適當減少該方向結構構件剛度，使剪重比減少，達到比較好的結構優化。

2.3 連梁調整原則

連梁是在墻肢平面內，連接墻肢與墻肢的梁。雖然是梁，但連梁的跨度較小，而截面較大。在開展建筑設計工作的時候，應該遵循連梁跨高比調整原則。跨高比大于5的連梁通常發生彎曲破壞；而跨高比小于5的連梁則主要是剪切破壞。受彎破壞為延性破壞，剪切破壞較為危險，為豎向斜裂縫。采取相應措施，保證連梁具有一定的延性，控制好連梁的跨高比，根據實際情況調整連梁的距離，使得建筑既能滿足抗震要求，又能節約工程成本。

3、結構設計中剪力墻結構的優化設計

3.1 優化設計基礎方案

在建筑剪力墻結構設計的過程中，基礎方案發揮著十分關鍵的作用。因此，就需要相關設計人員在設計基礎方案時要進行全面的考察與分析研究，尤其是要針對可能發生的質量問題進行預防與處理。在基礎方案設計過程中要進行考察的項目較多，其中主要考察的項目包括施工區域內的水文條件與地質狀況。同時也要科學、合理的規范設計技術標準，并對施工項目周圍的工程布局情況進行實地考察，以此來設計出可行性較高，且安全性較大的基礎方案。同時設計人員要根據外部環境以及內在因素的變化，結合不斷完善與更新基礎方案的原則來對現有的基礎方法進行完善與完善，以此來提高工程后期的施工質量。

3.2 有效提升建筑整體結構性能

剪力墻結構的基本功能是防止地震。在設計優化過程中，應遵循簡單、規則的基本原則，以減少地震作用下剪力墻結構的壓縮效應。在剪力墻結構的設計中，必須注意結構的應力狀態，避免地震或其他災害中局部結構的不均勻應力，有效地控制其危害。在剪力墻結構設計中，應盡量減小結構的薄弱部位，以避免結構薄弱的局部承載力。在設計剪力墻結構時，有必要根據設計人員的前期工作經驗和相關技術參數，準確地分析結構的薄弱部位，認真修改設計方案，采取相應的技術措施來改善剪力墻結構的抗震能力。

3.3 墻體厚度均勻變化

剪力墻結構墻體厚度一般按照結構的側向剛度來控制，同時還需考慮軸壓比。墻體厚度變化不需太頻繁，為防止出現剛度突變，應采取階段變化的設計方法,底部加強層及地下室采用同一截面厚度，地上部分在加強層處或每10層左右變一次，變化范圍控制在50-100mm，確保其均勻變化。墻體截面變化最好錯開混凝土等級變化，確保混凝土的等級和強度的變化不在同一樓層同時發生。墻體厚度的均勻變化有助于建筑結構的穩定性。

3.4 加大約束邊緣構件

在建筑結構設計中，本著充分發揮剪力墻結構的承重作用原則，設計人員在設置約束邊緣構件時，可以選擇約束邊緣構件也可以選擇無約束邊緣構件。根據工程建設的實際情況，依據設置約束邊緣構件的規范要求，在符合設計原則的基礎上，加大邊緣構件的長度及其體積配箍率。

3.5 優化設計承重構件

在確定基礎方案后，相關設計工作人員就要根據相關的制度標準以及行業指標來對建筑結構中的承重構件進行選擇，以此來進一步提高建筑主體結構的穩定性，提升建筑結構的質量與安全性。這就要求相關工作人員要側重于剪力墻承重構件的設計，對其進行優化，同時要對剪力墻墻體自身的配筋率進行集中的把握與分析。在我國現階段，相關部門已經對一部分指標進行了明確規定，并在一般情況下，將剪力墻的抗震等級分為三級，水平與豎直方向的配筋率最低要達到0.25%以上，這與之前的配筋率相比得到了更大的提升，且幾乎接近國家建筑標準化。

在社會主義市場經濟持續活躍的形勢下，我國的建筑工程結構設計水平也在不斷提高，人們對于生活品質也有了更高的要求。因此，為了進一步有效的提高建筑結構設計的經濟性與穩定性，就一定要充分重視剪力墻結構的應用與設計優化，并在這一過程中通過提升剪力墻結構的應用水平，對剪力墻結構設計進行優化來進一步提高建筑工程施工的安全性，降低工程成本，促進我國建筑行業的良性發展。