剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計研究

文/錢誠 浙江新時代建筑設(shè)計有限公司 浙江金華 321000

我國隨著房屋建筑商品化和設(shè)計工作與國際接軌，逐步要求進(jìn)行限額設(shè)計，如建筑的總造價、結(jié)構(gòu)單位面積用鋼量和混凝土量等等。這就要求對設(shè)計體系應(yīng)有全局的把控，對設(shè)計的各個環(huán)節(jié)應(yīng)有良好的認(rèn)知能力，尤其對于結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，設(shè)計不僅僅是規(guī)范加設(shè)計，更不是規(guī)范加一體化計算機(jī)結(jié)構(gòu)分析程序，而應(yīng)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計概念、經(jīng)驗、判斷力和創(chuàng)新性去適應(yīng)市場對設(shè)計的要求，技術(shù)要創(chuàng)新，方案要合理，努力適應(yīng)時代的發(fā)展。

1、剪力墻設(shè)計原則

1.1 連續(xù)性

剪力墻的作用是用于建筑構(gòu)件的維護(hù)以及結(jié)構(gòu)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(cè)向位移現(xiàn)象，在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)從上到下布置，以盡量避免剛度的突然變化出現(xiàn)。

1.2 對墻體進(jìn)行受力分析

在設(shè)計剪力墻整體結(jié)構(gòu)時，有必要對墻體的混凝土應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)的分析。作為平面構(gòu)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(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，必須充分考慮和認(rèn)真分析剪力墻自身的應(yīng)力，以保證剪力墻的使用效果和質(zhì)量。

1.3 墻體延性

墻體的延性對剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著非常重要的作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，如果剪力墻過薄、過高，往往會由于連接梁的應(yīng)力而導(dǎo)致嚴(yán)重的張拉或彎曲，從而導(dǎo)致剪力破壞，難以恢復(fù)。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，特別是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不可能采用整體強(qiáng)度比大于9m、高寬比小于2m的細(xì)長剪力墻。應(yīng)盡量避免設(shè)置剪力墻的曲折形狀。此時，可以在截面的一部分上設(shè)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(fā)揮剪力墻的延性。

2、設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)的原則

2.1 樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

設(shè)計過程中，應(yīng)遵循樓層之間剪力系數(shù)達(dá)到最小的原則。為保證建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)異的抗震性能，出于結(jié)構(gòu)安全的考慮，要確保建筑結(jié)構(gòu)的樓層水平地震剪力大于樓層的最小地震剪力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要考慮盡量減少剪力墻，盡可能增大設(shè)計房間的空間，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，綜合考慮設(shè)計得到樓層最小剪力系數(shù)。此外，設(shè)計人員還需在設(shè)計中盡量減輕建筑物的重量，降低工程造價，同時優(yōu)化建筑物的抗震能力。

2.2 樓層間位移調(diào)整原則

控制樓層間扭轉(zhuǎn)變形以及剪切變形是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的重點。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，應(yīng)遵循樓層間最大位移與樓層高之比的原則，在優(yōu)化調(diào)整的時候，需根據(jù)設(shè)計原則布置豎向構(gòu)件，一旦構(gòu)件布置不合理，會造成樓層間扭轉(zhuǎn)變形加大，層間位移不滿足的情況。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則為盡可能縮小扭轉(zhuǎn)變形，不能盲目增加豎向構(gòu)件。假如僅僅為某一方向?qū)娱g位移不滿足，可適當(dāng)減少該方向結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度，使剪重比減少，達(dá)到比較好的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.3 連梁調(diào)整原則

連梁是在墻肢平面內(nèi)，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(shè)計工作的時候，應(yīng)該遵循連梁跨高比調(diào)整原則。跨高比大于5的連梁通常發(fā)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(yīng)措施，保證連梁具有一定的延性，控制好連梁的跨高比，根據(jù)實際情況調(diào)整連梁的距離，使得建筑既能滿足抗震要求，又能節(jié)約工程成本。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)方案

在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，基礎(chǔ)方案發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。因此，就需要相關(guān)設(shè)計人員在設(shè)計基礎(chǔ)方案時要進(jìn)行全面的考察與分析研究，尤其是要針對可能發(fā)生的質(zhì)量問題進(jìn)行預(yù)防與處理。在基礎(chǔ)方案設(shè)計過程中要進(jìn)行考察的項目較多，其中主要考察的項目包括施工區(qū)域內(nèi)的水文條件與地質(zhì)狀況。同時也要科學(xué)、合理的規(guī)范設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并對施工項目周圍的工程布局情況進(jìn)行實地考察，以此來設(shè)計出可行性較高，且安全性較大的基礎(chǔ)方案。同時設(shè)計人員要根據(jù)外部環(huán)境以及內(nèi)在因素的變化，結(jié)合不斷完善與更新基礎(chǔ)方案的原則來對現(xiàn)有的基礎(chǔ)方法進(jìn)行完善與完善，以此來提高工程后期的施工質(zhì)量。

3.2 有效提升建筑整體結(jié)構(gòu)性能

剪力墻結(jié)構(gòu)的基本功能是防止地震。在設(shè)計優(yōu)化過程中，應(yīng)遵循簡單、規(guī)則的基本原則，以減少地震作用下剪力墻結(jié)構(gòu)的壓縮效應(yīng)。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，必須注意結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，避免地震或其他災(zāi)害中局部結(jié)構(gòu)的不均勻應(yīng)力，有效地控制其危害。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡量減小結(jié)構(gòu)的薄弱部位，以避免結(jié)構(gòu)薄弱的局部承載力。在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，有必要根據(jù)設(shè)計人員的前期工作經(jīng)驗和相關(guān)技術(shù)參數(shù)，準(zhǔn)確地分析結(jié)構(gòu)的薄弱部位，認(rèn)真修改設(shè)計方案，采取相應(yīng)的技術(shù)措施來改善剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3.3 墻體厚度均勻變化

剪力墻結(jié)構(gòu)墻體厚度一般按照結(jié)構(gòu)的側(cè)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(xiàn)剛度突變，應(yīng)采取階段變化的設(shè)計方法,底部加強(qiáng)層及地下室采用同一截面厚度，地上部分在加強(qiáng)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(qiáng)度的變化不在同一樓層同時發(fā)生。墻體厚度的均勻變化有助于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 加大約束邊緣構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，本著充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的承重作用原則，設(shè)計人員在設(shè)置約束邊緣構(gòu)件時，可以選擇約束邊緣構(gòu)件也可以選擇無約束邊緣構(gòu)件。根據(jù)工程建設(shè)的實際情況，依據(jù)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的規(guī)范要求，在符合設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，加大邊緣構(gòu)件的長度及其體積配箍率。

3.5 優(yōu)化設(shè)計承重構(gòu)件

在確定基礎(chǔ)方案后，相關(guān)設(shè)計工作人員就要根據(jù)相關(guān)的制度標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)指標(biāo)來對建筑結(jié)構(gòu)中的承重構(gòu)件進(jìn)行選擇，以此來進(jìn)一步提高建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全性。這就要求相關(guān)工作人員要側(cè)重于剪力墻承重構(gòu)件的設(shè)計，對其進(jìn)行優(yōu)化，同時要對剪力墻墻體自身的配筋率進(jìn)行集中的把握與分析。在我國現(xiàn)階段，相關(guān)部門已經(jīng)對一部分指標(biāo)進(jìn)行了明確規(guī)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(dá)到0.25%以上，這與之前的配筋率相比得到了更大的提升，且?guī)缀踅咏鼑医ㄖ?biāo)準(zhǔn)化。

在社會主義市場經(jīng)濟(jì)持續(xù)活躍的形勢下，我國的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計水平也在不斷提高，人們對于生活品質(zhì)也有了更高的要求。因此，為了進(jìn)一步有效的提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性，就一定要充分重視剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計優(yōu)化，并在這一過程中通過提升剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平，對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化來進(jìn)一步提高建筑工程施工的安全性，降低工程成本，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的良性發(fā)展。