剪力墻結構的優化設計研究

吳 俊

（武漢袁培煌建筑設計事務所，湖北 武漢 430062）

隨著我國經濟的發展和建筑設計的多樣化，建筑結構很復雜，越來越多的高層建筑工程、高層建筑結構中，由于大尺寸施工技術要求相對較高，其結構設計是非常重要的在整個設計系統中，不同的結構方案的選擇，直接關系到建筑平面布局、立面形狀，施工技術要求及投資成本。因此，應根據項目的實際情況，對方案進行有針對性的優化和改進，合理選擇優化思路和方案。

1 剪力墻結構概念設計

高層建筑抗震設計中，由于其結構的復雜性和地震作用時的地震地面運動的不確定性，材料特性和結構差異和其他不可預見的因素，導致高層結構計算分析的簡化模型(軟件)可能與實際效果有一定的差距，因此，在設計，雖然計算分析是不可避免的，也是設計的重要基礎，但這往往不能滿足結構設計安全、可靠的要求，還必須十分重視概念設計。概念設計是基于大量的事故分析、多年來國內外地震破壞分析、定量和定性分析的仿真實驗，以及分析、歸納和總結國內外長期設計和使用經驗。這些原則、規則和方法往往是根本性的、整體性的、全球性的和關鍵性的。概念設計要求建筑師和結構工程師的建筑設計應注意規則和條例的規定有關結構概念設計，設計師不能簡單地由軟件計算陷阱，如果嚴重不規則結構，總體性能差，只根據軟件設計，難以保證結構的抗震性能，結構設計人員應根據自己的經驗和知識，從宏觀調控方案、結構加固措施等方面，了解結構損傷的機理和過程，根據不同結構體系的特點，加強結構關鍵部位和薄弱環節，提高結構整體性能。地震破壞是指簡單對稱的建筑物在地震中受到破壞的可能性較小，地震反應容易估計。因此，合理的建筑物形狀、布置和抗震結構措施在抗震設計中具有十分重要的意義。

2 高層建筑剪力墻結構設計需要遵循的原則

2.1 堅持誠信原則

高層建筑剪力墻結構設計時，應從整體的角度考慮剪力墻的具體位置和高度。一般來說，剪力墻垂直高度的設計應使其高于或等于建筑的總高度，如果發生了變化在縱向方向的剪力墻，對剪力墻厚度和類型的需要，混凝土等級等等各個方面的調整，這樣你可以合理地減少墻肢，改善整個墻的橫向強度，避免因應力集中問題引起的樓板剛度變化。

2.2 控制了剪力墻的外彎矩

在高層建筑剪力墻結構設計中，有效控制剪力墻的外彎矩是十分必要的，因為控制剪力墻的外彎矩可以提高建筑整體結構穩定性的保證。在控制剪力墻外彎矩時，可以通過增加壁柱和豎向墻肢來控制。同時，對于截面面積較小的樓板梁，可以采用鉸接或半剛性連接的方法來控制墻肢的外彎矩。

2.3 短剪力墻結構不能完全采用

高層建筑結構設計應合理采用短剪力墻結構。由于這種結構不能很好地抵抗水平壓力，不適合高層建筑的設計。如果需要大量這樣的結構，則需要更多的圓柱體來提高剪力墻的整體剛度。

3 剪力墻結構優化設計過程分析

3.1 優化基本設計方案

基礎方案在剪力墻結構設計中起著至關重要的作用。因此，相關設計人員在設計基本方案時，尤其要對可能出現的質量問題進行預防和處理，進行全面的調查、分析和研究。在基礎方案設計過程中，需要調查的項目較多，其中主要調查的項目包括施工區域的水文條件和地質條件。同時，應規范科學合理的設計技術標準，并對工程施工前后的布置進行現場勘察，以便設計出具有較高可行性、安全性的基本方案。

3.2 合理配置剪力墻加筋暗柱

現階段，我國應根據國家相關法律和行業相關規定，合理設置一級剪力墻、二級剪力墻和三級剪力墻的加固部位，設置適當數量的暗柱和端柱。該措施不僅可以進一步提高當今社會對建筑抗震性能的要求，而且可以有效提高建筑在施工過程中的安全性和穩定性。此外，設置合理的黑暗中剪力墻邊緣構件，如列，列可以有效地減少地震的地震波能量結構的穩定性，同時邊緣的影響，由于其成分有較強的抗拉能力，所以也將進一步加強其他適當結構的整體穩定性，提高整體建筑物的抗震性能。

3.3 科學控制剪力墻的數量

剪力墻在建筑結構設計中，它的主要目的是建立能更好地承受風荷載和地震水平荷載的過程，但根據長期施工經驗，建立了太多的建筑結構的剪力墻，效果不是很好，所以要控制建筑的剪力墻結構。在施工過程中，為了有效減輕建筑結構的重量，有效提高其抗震效果，應盡可能控制剪力墻的數量。一般情況下，剪力墻在施工期間，其布置原則是對稱均勻的，其數量根據施工的總體情況而定，數量合適?；谏鲜鼋Y果，多目標算法和結構和組件控制指數腳本嵌入到優化平臺，多目標優化，約束條件和設計變量集。經過幾次迭代的優化算法，優化結果替換回配筋計算和比較傳統的設計軟件，并將相關優化結果作為最終的剪力墻構型。該方法實際上屬于一定約束下的結構擬拓撲優化。

4 結語

綜上所述，隨著我國經濟社會的發展，城市人口密度不斷增加，而新土地的日益短缺，高層建筑的發展已成為歷史的必然和時代的趨勢。據有關統計，我國高層建筑80%為住宅建筑，其中鋼筋混凝土剪力墻結構所占比例在90%以上。因此，對剪力墻結構體系的優化，如剪力墻的數量、布置和大小的優化工作，即剪力墻布置多少，以及在什么位置上最大限度地發揮剪力墻的作用，這些都應作為當前關注的重點。數據表明，優化后的結構設計方案成本一般比傳統的[2]設計方案低5% ～30%。因此，研究高層剪力墻結構體系的結構優化設計，可以使資源更加合理優化配置，具有良好的社會經濟效益。