建筑剪力墙结构设计优化策略研究

建筑剪力墙结构设计优化策略研究

孙志静 金桐桐

山东东岳项目管理有限公司 山东 聊城 252000

摘要：近年来，随着人们生活水平的不断提高，对于住宅的质量有了更高的要求。传统的建筑框架结构已然无法适应社会发展的要求，以及人们对于建筑内部空间、架构等设计需求。基于此各种各样的新型建筑结构不断涌现，如建筑剪力墙结构等，开始为人们所关注。对与剪力墙结构设计而言，存在着较大难度，在其结构整体性与复杂性方面难以对其设计要点进行充分把握，然而社会的需求在不断的增长，如何实现对剪力墙机构的优化设计成为了当前建筑企业研究的重要课题之一。因此。文章基于对剪力墙结构及其特点的分析，探讨了建筑剪力墙结构设计要点及优化措施。

关键词：建筑；剪力墙结构；特点；设计优化策略

引言：剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来承受水平力、竖向力的结构，亦或说是纵、横向的全部承重结构都是结构墙的结构，其具有用钢量少、刚度大及整体性好等优点，目前在高层建筑中的应用尤其广泛。虽然建筑剪力墙结构的优点突出，但却存在下列缺点亟待优化：一是剪力墙结构的抗侧刚度大，对地震的反应较强，需增大上部及基础结构的投入；二是剪力墙结构由混凝土浇筑而成，其自重大，则对地震反应大且浪费严重；三是剪力墙墙肢的轴压较小，难以充分发挥其承载力；四是剪力墙墙体以构造配筋为主，且配筋率较低，表明其延性较差。据此，优化高层建筑剪力墙结构设计非常必要，即充分发挥结构的优点及规避其缺点。

一、剪力墙结构的特点

剪力墙是一种好的抵抗水平荷载的墙。剪力墙因为可以有效抵抗水平荷载，所以在总体的墙面结构上就有以下特点：抗侧刚度大，侧移小；室内墙面较为平整：结构自重大，吸收地震的能量大；一般剪力墙的墙肢截面高度与厚度之比很大，在水平荷载的作用下，通常抗剪刚度起控制作用，故其耗能较差。所以它常常应用在层数较多（20层以上）的高层建筑中，当剪力墙洞口较小时，剪力墙整体性能比较好，剪力墙截面弯曲破坏极限承载力可以按照全截面抗弯计算。另外，使用剪力墙结构，会给室内较框架结构简洁，没有露梁与露柱的现象，外形也美观，便于室内布置。但也存在着缺点，比如剪力墙结构的抗侧刚度大，就会引起比较大的地震反应，使得上部结构和基础费用增加；由于混凝土墙体较多，使得建筑物重量增加，这也同样引起较大地震反应，进而造成浪费；剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥；剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率均较低，使得结构延性较差。

二、剪力墙结构设计方面的优化策略

1、充分考虑墙体的宽高和受力情况

在剪力墙的设计过程中，需要明确墙的宽度和高度，如果出现墙面偏大但是墙体的厚度却偏小的情况，那么这类的建筑的建筑结构受力方面就会存在一定的弊端。因此在剪力墙结构设计过程中，应明确设计思路，注意区分建筑结构中的剪力墙和柱，保证设件的厚度和宽高达到相应的设计标准，举例来说，墙体厚度与宽高之间的比值小于3，在结构设计时需要注意按柱设计要求，若比值超过3，那么就要多注意剪力墙的设计。另外还要从整体考虑剪力墙结构承受的横向力与纵向力，因为在剪力和弯矩的影响下，一个平面空间里的剪力墙内部的承受力比平面外偏大，所以要连接剪力墙与平面外梁来考虑平面外墙肢是否会出现弯矩情况。另外也可以根据剪力墙结构“外柔内刚”的特点，在设计时合理控制剪力墙结构外侧的弯矩，自上而下连续布置，增强剪力墙结构外侧的稳定性。

2、合理掌握剪力墙的尺寸及其外形

要想优化建筑剪力墙结构的设计，可以从剪力墙的尺寸以及外形入手。针对不同的墙体结构，需要不同的设计，同时剪力墙在竖直、水平方向上的刚度以及荷载分布也是不同的。为了满足剪力墙荷载的传递要求，就必须保证剪力墙墙肢截面的高度至少厚度的八倍；为了保证剪力墙自身结构的稳定性，一般都是选取T型或者L型结构，因此无论是T型还是L型都能够有效的减少墙体的重量，从而有效减小剪力墙的结构体积，还可以提高剪力墙的侧向刚度，同时还可以在一定程度上减少建筑工程的造价成本。

　 3、平面布置

　　在剪力墙的结构平面布置中，一定要尽可能的实现均匀性和对称性，尽管在相同的平面内，剪力墙其重量中心以及刚度的中心往往是不能够实现完全性重合状态，但一定要尽量让两者无限的接近，从而来提升其结构安全稳定性，还能够实现对扭曲情況有效的控制。若剪力墙设计中存在长度连续性过长的话，就要实施相应的开洞处理，把其均匀性划分为几段具有相同长度的墙体，从而来防止墙体的结构由于剪切力存在而受到破坏。按照相关的规定标准，对独立性的剪力墙来说，其墙面具有总高度同截面高度的比例比2大，则其开洞口一定要保证其上下具有对齐的状态，且还要呈现出列状分布的状态。若剪力墙在开洞中存在交错以及叠合等情况，会对剪力墙的结构刚度造成影响。为了提高设计的抗震性，要通过双向或者多项平面的布置形式，若剪力墙的结构洞口同墙边墙肢截面具有高度与其厚度的比例在4之下，这种就呈现小墙肢情况，要借助框架柱的箍筋方式实施剪力墙的加密处理。

4、剪力墙结构的计算优化

为规范地震作用力下的楼层最大曾建位移，在剪力墙结构计算中，应该以楼间的弯曲变形为主，并将其计入扭转变形，但对结构整体弯曲变形不做扣除。所以，在高层的扭转变形最小控制方面，还要考虑不能通过盲目的增加竖向构件刚度来提升其抗变形能力。在实际的剪力墙结构优化方面，很多设计人员往往在发现某层的层间位移不够时，就以为的进行本层的侧向刚度增加，当架构的剪重复合规范时还是比较理想的，一旦减重过大，另一侧的结构刚度得不到减小。同时，考虑到工程的造价控制，对于剪力墙结构的优化，可以从技术和材料两个方面来着手，在不影响建筑工程施工质量要求的基础上，将含钢量进行适当的控制，从而实现不影响建筑安全性的基础上，以原材料的性能最大发挥类提升优化效果。

5、优化设计剪力墙边缘构件

除了优化剪力墙的结构尺寸以及外形外，还需要对剪力墙的边缘构件进行优化，其具体的优化方法如下：（1）约束剪力墙构造边缘构件，在施工时，必须严格依照相关的施工规范进行施工，同时要明确剪力墙肢的长度，对于箍筋配箍的特征值也要明确，尤其是纵向钢筋来讲，其范围要比规定范围的截面面积要大一些。（2）约束剪力墙边缘构件。对于边缘构件来说，主要是指端柱、暗柱以及翼墙等。如果剪力墙的刚度比较小，就会出现层间位移超限情况，所以必须设计相关的结构对其进行约束。除此之外，还要根据现场的实际施工情况，合理增加暗柱以及端柱的截面尺寸和配筋，实现对剪力墙边缘构件的优化设计。

三、结语

概括而言，将剪力墙结构应用到建筑结构设计中，既能确保建筑整体功能健全又能缩减建筑投入资金，提高房屋建筑经济效益，促使建筑企业获取较好利润。故而对于今后的建筑结构设计，应对剪力墙结构设计给予高度关注，从而探索更多更好的建筑结构设计方案，以推动建筑业获取可持续性发展。

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