建筑剪力墻結構優化設計問題思考

盧娟

摘 要 剪力墻結構不僅有很強的剛度，在水平荷載作用下不會產生過大的變形，整體性較好。在高層建筑工程中普遍采用，其優化設計對建筑工程技術合理、經濟效益等有著重要的意義。剪力墻優化設計需要設計人員結合實際項目情況，與各專業協調配合，滿足各方功能要求等諸多要素，經反復推敲比較，完成一個安全適用、經濟合理的優化結構布置方案。

關鍵詞 高層建筑;剪力墻結構;優化設計

引言

城市人口的不斷遞增，高層建筑已儼然成為城市建設發展的趨勢，剪力墻結構因其橫向剛度大，豎向和水平承載力能力大而被廣泛應用。其優化設計對整個建筑工程的抗震性和經濟性有重要的意義。大部分項目都存在優化設計空間，結構優化設計是通過調整結構布置，提高結構性能，使其更加經濟合理，同時降低工程造價，滿足業主方要求。優化后間接縮短了施工工期，節約有效資源，保護自然環境。

1剪力墻結構的優化設計原則

剪力墻結構設計優化的基礎是結構概念設計，優化的措施是合理的布置墻體，優化的目的是產生較好的技術經濟指標。結構優化設計的前提是設計人員應在方案階段就要介入，對建筑方案在結構概念設計方面進行合理判斷，加強與建筑師以及業主溝通，結合地區、場地條件等信息，使建筑方案在最大程度上滿足結構設計，符合相關規范的規定，同時滿足建筑的各項使用功能和業主的要求。剪力墻優化設計需要設計人員考慮諸多設計要素，設計人員與工程負責人應先實地考察項目現場，與業主多溝通，各專業間互相協調配合，根據工程的實際情況進行結構概念設計，選擇合理的設計方案確定剪力墻使用的數量、位置等，結合軟件加以計算，并對數據結果進行細致研究，確保結構體系滿足抗震性、安全合理性以及經濟性[1]。

剪力墻結構主要應用于住宅、公寓和旅館。在低層的建筑中，其在水平方向上受到的荷載內力以及位移要相對較小，基本可以忽略不計。然而隨著建筑物不斷增高，其所承受的位移也在逐漸加大，其次彎矩對建筑的影響也在不斷增大，高層結構不僅要承受結構自身的重力荷載，對水平位移以及地震也必須要有較好的防御性，結構需要保證承載能力并將側向變形控制在規范要求之內。 剪力墻結構由于平面外承載力和剛度相對較小，應控制平面外的彎矩，采取相應的措施保證平面外的穩定性。在滿足周期比、位移比、最大層間位移角等各項指標的前提下確定剪力墻的墻體布置，使剪力墻的抗側剛度得到充分的發揮，同時也考慮軸壓比、穩定性和相關構造要求，讓優化設計更加全面。

2剪力墻結構設計中存在的問題

目前很多項目方案階段僅建筑單專業完成，建筑師追求立面，造型等效果，加上對結構、設備等專業知識欠缺，在整體的布置上會有不合理處。方案確定進入施工圖階段，各專業加入，互提各方功能要求，此時，結構設計人員對項目優化調整就存在一定的局限性。不合理的結構方案，為了達到國家現行規范要求，額外增加的構件會直接影響項目的工程造價。因此，結構及設備等專業要將設計工作提前，方案階段積極參與，各專業在方案階段提出相關功能要求，使結構設計人員將建筑物各方面的要求考慮到設計環節中，優化結構布置方案，使方案更合理化，也為后期施工圖的開展提供了便利，使各項功能發揮應有的作用。

3剪力墻結構設計的優化措施

3.1 制定合理的剪力墻結構設計方案

設計人員應根據結構概念設計適當增加剪力墻外部剛度，相對地削弱內部剛度;盡量使縱橫兩個方向布置剪力墻協調一致，使兩個主軸受力方向的抗側剛度接近。在豎直方向上要做到從下往上連續布置，有效避免發生剛度的突變情況。規則、簡單的墻肢截面設計，可以使高層建筑的受力更加均衡，保證應力分布的均勻和規則，從而增強剪力墻的整體受力抗壓能力。剪力系數的調整要以總體的剪力墻設計方案為基礎，減少高層建筑中剪力墻的實際布置面積，從而確保結構在側向剛度上能夠滿足高層建筑的要求，進而使樓層的剪力系數與規范的數值相接近，以減輕建筑剪力墻本身在結構上的自重，從而減小高層建筑因地震而受到的損害。

3.2 進行合理的成本控制

剪力墻結構在設計優化過程中，需要結合經濟合理性進行目標的設置。相對來說，剪力墻的剛度越大，所需的成本就會越高，對此，設計人員需在確保剪力墻安全性的前提下，對剛度與剪力墻的數量有合理的把握，以免造成額外的成本支出。加強建筑材料的合理應用、避免浪費能夠對建筑成本進行有效的控制，在剪力墻結構設計中應減少短肢墻與小肢墻的采用。在高層建筑的整體結構體系中，除了必要的門窗洞以外，還需要進行結構洞的設計，因此在剪力墻設計時，盡量選擇長墻，減少結構洞的數量，降低建造所需的成本。

3.3 剪力墻平面布置

剪力墻基本設置原則均勻、分散、對稱和周邊布置，同時盡量使側向剛度沿豎向宜均勻變化，盡量避免結構轉角位置無豎向構件。剪力墻布置在結構外圈周圍，提供較好的側向剛度，減小結構的位移，同時提供較好的抗扭轉剛度。內部剪力墻布置的原則是能減則減，盡量做到均勻布置，讓梁布置更合理，傳力簡潔，內部剪力墻太多，對結構扭轉計算不利。墻體豎向布置應上下層連續布置，避免剛度突變，造成對結構抗震不利。墻的形狀要簡單，優先選用L型、T型，少用一字墻，少布短肢墻，盡量對稱布置，要盡量保證樓層質心和剛心基本重合。布置剪力墻過程中，要注意對地下室車道位置有無影響，盡量避免轉換。梁的設置原則為可設可不設的不設，減少梁數。

為了保證剪力墻在整體上的穩定性，應對剪力墻外平面的彎矩進行適當控制，在外平面同墻肢的連接時一定要對其進行加固，以免梁端的彎矩對墻體造成不利影響。充分考慮建筑物的使用功能，對剪力墻的位置進行合理的選擇，應盡量選擇平面形狀較大的區域，如樓梯間、電梯間等位置。為確保剪力墻作用的發揮，注意墻體與墻體之間距離的把控。同時，應沿著主軸的方向對剪力墻進行針對性的設置，從而有效發揮出剪力墻的抗震效果。

4結束語

隨著高層建筑的發展，剪力墻結構在高層住宅建筑中占有重要地位。目前裝配式剪力墻結構在建筑行業廣泛推行，產業化已成發展趨勢，剪力墻結構的優化布置變得更為必要，剪力墻結構的優化調整，在設計上必須采用科學合理的措施，結合實際項目，完善結構設計，從而確保建筑工程的安全合理性以及經濟性。

參考文獻

[1] 楊現東.高層建筑剪力墻結構優化設計研究[J].四川建材，2016，（02）：47-48.