建筑剪力墙结构设计原则及优化措施分析

建筑剪力墙结构设计原则及优化措施分析

张海

江苏博亚建筑设计有限公司 江苏 常州 213000

摘 要：在社会不断发展的过程中，人们的生活水平有很大的提升，对居住环境有了更多的要求，其中建筑的安全性使其中首要考虑的因素。剪力墙是建筑工程中重要的一部抗震部件，其优化设计对确保建筑的安全性有着重要的意义。

关键词；建筑结构；剪力墙；安全；抗震

前言：

建筑剪力墙的优化设计对整个建筑工程的质量与水平有着直接的影响。对此，相关人员需要对剪力墙结构设计过程中存在的问题进行分析，采用科学合理的优化措施完善结构的设计，从而确保工程施工的质量与安全。

1、建筑剪力墙结构设计原则

随着城市内高层建筑越来越多，人们对建筑的安全性有了更高的要求。剪力墙设计人员在进行剪力墙结构优化布置时，需要根据具体情况对剪力墙结构的设计进行优化。第一，设计人员与工程负责人应前往施工现场进行实地考察，并对照项目的施工图纸，根据工程的实际情况进行设计、选择，确定剪力墙结构使用的数量、规模等，避免出现使用不合理的情况。第二， 剪力墙设计有着自身明确的设计目标。即这一设计主要在于能够有效减少建筑施工的时间，与此同时还能够有效的增加建筑的使用年限，应该根据具体的建筑特点来进行设计，遵循安全性的原则进行合理的采用，要确保建筑结构在应用剪力墙结构后的牢固性与安全性。第三，剪力墙结构优化布置过程中，应注意依照工程的相关要求与标准，进行规范的施工作业。从剪力墙结构安全方面来讲，需要保障剪力墙的荷载能力，在整体的结构体系中，剪力墙是关键的抗震构建，因此在设计时需要对剪力墙的适宜刚度与数值进行综合分析。通常来讲，剪力墙的刚度越大，在地震中受损伤的程度就越小，设计人员需要在确保剪力墙安全性的前提下，对刚度与剪力墙的数量有合理的把握，以免造成额外的成本支出。

2、建筑剪力墙结构设计中存在的问题

建筑施工是一项复杂的工程，这要求建筑单位在项目施工的前期对施工各个环节的工作安排进行严格的审核，对建筑需要的材料进行核查。在设计阶段，对施工图纸以及工程的整体结构框架的合理性、安全性进行全面的分析，确保建筑施工的质量水平及安全性能够得到保障。建筑剪力墙结构具有较强的综合性能，而由于建筑工程包含众多的建筑内容，有着不同的机构及要求，加大了墙体设计的难度。当前我国一些建筑单位的工程设计人员在进行剪力墙结构设计的过程中，对项目的实际情况缺乏全面的了解，没有将建筑物的各方面的功能性考虑的设计环节中，导致优化设计方案与工程项目的实际情况有所出入，使建筑物结构布置存在极大的不合理，无法实现建筑物的各项功能发挥应有的作用，阻碍项目施工的进度。

一些单位为快速获得经济效益，在工程设计规划的阶段，为了节省资金而降低工程造价，忽视了剪力墙平面布置的分析工作，导致在具体施工的过程中，平面的设置与墙体的实际情况产生较大的差异，进而使最初根据规划而选用的材料不符合实际的工程需求，从整体上削弱剪力墙结构的刚度，甚至使墙体裂缝发生概率增大。在建筑工程中，墙体结构的承载力对建筑的安全性、平稳性有着很大的影响，一旦墙面出现裂缝，将会大大削弱墙体结构的承载力，使剪力墙失去应有的作用，对建筑质量造成影响。

3、建筑剪力墙结构设计的优化措施

3.1制定合理的设计方案

在剪力墙结构的设计上，建筑企业与施工单位需要对剪力墙的重要性以及安全责任意识有清晰的认识。在建筑结构中，剪刀墙结构往往会有多种设计方案，这些设计方案会有不同的侧重点，需要根据实际需求来进行优化与选择，在保障建筑结构的施工安全的基础上，根据工程现场的实际情况与施工需求，对剪力墙结构设计方案进行合理的选择。 在剪力墙结构体系设计优化的过程中，为了使结构体系作用能够最大的发挥出来，在设计过程中，应对材料的力学性能加以利用。墙体结构的侧向刚度通常与剪力墙的侧移刚度有直接的关系，因此，在剪力墙结构设计中应减少短肢墙与小肢墙的采用，能够充分发挥出建筑材料的力学性能。并对建筑材料进行合理的选择，从而确保剪力墙结构设计方案与工程的实际情况相适应。例如，在框支剪力墙的结构中，可以采用短肢剪力墙增强其整体的刚度，根据工程成本对使用量进行合理分配，从而在保证建筑结构安全性的同时，对项目资金进行合理的控制。实际上剪力墙在抗侧的刚度上有着相当高的性能指数，并且也有着相当高的承载能力，鉴于剪力墙的这种结构特点，在建设时应当尽量减少来自于结构上的压力，降低其密集度，增大可利用的空间面积，使剪力结构在布置上更加满足建筑的刚性需求。在设计时需要注意的便是洞口的设置，要尽量避免布置的错误而导致洞口安排不合理，尤其是对于墙体刚度不一样的位置，在进行设置时一定要注意同墙内的配筋进行结合从而组成完整的框架结构。此外，进行方案设计时也需要重点考虑施工成本，在尽可能完善结构功能的同时，有效控制成本，对项目的整体功能与成本进行考虑。

3.2优化墙体平面形状

剪力墙的结构设计需要严格按照相关规定与标准进行，对墙体设计时应对在水平地震作用之下的内力根据实际情况进行调整，强化薄弱的区域，并对墙面的平整度进行调整从而促进施工的顺利进行，保证施工质量。在设计过程中，设计人员需要对相关概念设计产生足够的重视，确保墙体平面的形状与方案中的设计保持一致。首先，在建筑平面、竖向结构的布置时，需要充分结合建筑结构的特征对墙体平面的形状进行设计，根据对墙体结构的分析，发现墙体的薄弱部分并对其进行强化。在墙体平面形状的优化过程中，需要确保结构刚度的均匀分布，对平面与突出部分的长度进行控制。其次，在结构选取时，要充分考虑墙体结构的性能，采用布置规则的结构，从而使剪力墙整体的结构设计的水平、质量与安全性得到提升。如果剪力墙的长度过长则应依照统一的标准设置洞口，从而将长剪力墙进行均匀的分割，使其划分为数个均匀的墙段。在分割时要借助弱连梁将每一个分割体进行连接，为了保证剪力墙不会因分割而导致其出现脆性破坏，必须要在具体的参数上保证各段的墙体高度要两倍于其截面的高度。在建筑物设计中，框架的组成大都是梁和钢筋混凝土，这种结构体系能够承担侧面的水平力以及竖向的荷载，对框架结构的设计非常灵活，这样对空间的设计非常有利，同时还拥有良好的抗弯能力和抗震能力。这种结构设计具有承受荷载的特点，而且还可以对空间进行分割处理，还有抗震性和刚度性能都要比其他的结构设计要好，具有非常大的实用范围，对高层建筑物的设计非常有利。

3.3提升剪力墙抗震能力

在建筑的抗震设计中，应保证建筑结构整体具有合理性，应保持其自身的基本性能，例如强度、刚性、稳定性等。设计过程中应注意不可为了满足于抗震性能而忽略建筑工程的相关规定，一定要确保建筑物的质量在建筑抗震设计过程中，需要掌握建筑的受力情况，确保其应力均匀，同时对建筑结构之间的强弱进行合理分配，从而有效提升建筑物的均匀性。在针对抗震性能进行设计时，需要注意的是洞口与洞口之间的距离、就剪力墙在构造上的特点而言，其平面在刚度和承重上有着相当大的内外不同，其内部的刚度和承重要远远高于外部的刚度和承重。为了保证剪力墙在整体上的稳定性，则应当对剪力墙外平面的弯矩进行适当的控制，对于混凝土的强度也可以进行一定的调整，亦或者是减少一部分的墙体以维持其结构的稳固，从而使建筑的侧向倾斜能沿着高度的递增而逐步缩小。为了增加连梁抗震性能，需要在进行结构设计时，适当增加剪刀墙的塑性，通过合理控制与调节剪刀墙设计步骤，以确保连梁受力均匀，不易出现局部受力失控的现象。最后，剪刀墙结构设计过程中，超筋或位移的状况也较为常见，此时有两张方法可以缓解这种情况，一是采取减小连梁截面高度的方式，二是设置双连梁，以此来减少连梁的地震受力。

4、结语

剪力墙结构是高层经济建筑的核心支撑，通过剪力墙结构可以对高层建筑的各项性能造成良好的影响。因此，本着质量可控，节约资源与成本的基础之上，采取合理的结构体系以及正确的施工方案来加以优化剪力墙结构设计，在保障建筑结构的安全基础之上，努力提高其舒适度，切实发挥出建筑结构设计的作用。

参考文献：

[1]梁瑞庆,覃小红.高层建筑剪力墙结构设计问题及优化措施[J].住宅与房地产,2018(33)：71

[2]许晓冬.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].黑龙江科技信息.2014（08）：5