建筑剪力墙结构优化设计浅析

建筑剪力墙结构优化设计浅析

张原1顾洲2

桂林市城市规划设计研究院广西桂林541002

摘要：近年来，我国经济发展迅速，城市建设进程不断推进，而其土地资源却非常有限，众多高层建筑兴起。而高层剪力墙在城市建筑中的应用越来越广泛，其良好的抗震性能保障了建筑的质量安全。因此，在建筑结构设计中，剪力墙的优化设计能够保证结构设计的质量，在建筑工程中发挥着至关重要的作用。本文主要对建筑剪力墙结构优化设计进行分析，概述剪力墙结构的设计要点，并对其优化设计提出一些建议和措施。

关键词：剪力墙；结构设计；优化；措施

伴随着经济的发展，社会整体和人们的生活水平都在提高，建筑行业在这样的环境下也得到了长足发展。现阶段，城市建设存在土地资源紧张的问题，高层建筑大量兴建，剪力墙结构则在其中发挥着重要作用。为了进一步提高建筑的经济性和实用性，就要在剪力墙结构设计方面加大研究力度，以提高剪力墙结构的抗压抗震能力，使建筑具有良好的稳定性，特别是在环境恶劣的情况下，对剪力墙结构设计的要求也就越来越高，因此对剪力墙结构设计进行优化，是建筑行业发展的必然要求，需要进一步加大研究力度，提高剪力墙结构设计水平。

1.剪力墙结构概述

剪力墙又被称为抗风墙、抗震墙，剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，以承担各类荷载引发内力，实现对结构水平力的有效控制，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构就是剪力墙结构。主要分为实体墙、截面剪力墙、整体小开口剪力墙等，每种剪力墙结构的形式和作用都存在一定差异。剪力墙平面承载力和刚度都比较小，但平面内承载力以及刚度较大。在我国建筑行业中，剪力墙结构的造价高、施工难度大、材料耗费严重，因此其应用存在被建设单位限制的现象。

2.剪力墙结构设计的基本样式

2.1壁式框架设计样式

壁式框架样式多应用于联肢墙，其洞口较大，墙肢的刚度较弱，在这种情况下，剪力墙的受力与框架结构较为相似，但仍存在一定差别。壁式样式剪力墙的厚度较框架结构的梁柱较小，既可以采用单独设计的方式，也可以利用其它墙体设置，是我国建筑行业目前比较常用的一种设计样式。

2.2整体剪力墙样式

整体剪力墙的洞口数量较少，或者没有设置洞口，在设计中作为建筑的主体结构，常常会忽视洞口存在，是现代建筑结构重要的组成部分，发挥着建筑支撑的重要作用。

3.剪力墙结构设计要点分析

3.1剪力墙结构构件中经济含钢量设计

在经济发展的过程中，我国科学技术取得了重大发展，建筑科学也更加完善，剪力墙结构的应用更加广泛。要保证建筑设计的合理性，就要重视剪力墙结构中的含钢量控制，在设计过程中就要注重对其经济性的实现。首先要确保剪力墙结构的质量安全，在此前提下按照设计要求对其进行计算和分析，通过结构设计优化使剪力墙结构设计实现经济性。目前，我国对剪力墙含钢量设置了一定的标准，在实际结构设计优化中具有一定指导意义。

3.2剪力墙结构布置优化

剪力墙结构的具备抗震抗压的功能，并承担竖向荷载力和风荷载力等，因此对剪力墙结构布置时实现其抗压要求的重要手段，在布置剪力墙时，要找出结构自身轴线，对其进行规则性的对称布置，在布置过程中既要考虑到竖向承载构件，也要考虑到结构的对称性。主要包括以下几方面的作用：第一，在剪力墙布置中会使用到短肢剪力墙结构，以便实现灵活布置，使建筑结构自身的重量得以减小。但这种结构的抗震性能较弱，难以保证建筑安全性，因此在选择使用时要多加考量；第二，要避免出现独立小墙肢，如果存在此种情况会增加施工的难度。对此可以采用合并洞口等方式进行避免；第三，要确保剪力墙结构的整体刚度力度，在剪力墙结构刚度较大的情况下，利于缩短施工工期，但消耗材料多，因此其经济性较差。而且地震力较大会使墙肢、截面难以满足抗剪力标准，截面设计的难度变大。

3.3对结构参数的控制

要保证结构布置的合理性，就要实现对各项参数的合理控制，包括位移比、刚重比以及周期比等。以位移比为例，指的是在高层建筑中，竖向构件自身层间位移、水平位移以及本楼层平均值之间的比值，对其进行控制可以有效防止偏心力较大的情况，避免出现扭转效应。对位移比的控制通常是在刚性楼板基础上进行的，考虑到偏心力，一般在高层建筑中竖向构件的位移比会保持在1.2以内。

在天津津塔的剪力墙结构设计中，采用了钢管混凝土柱框架、核心钢板剪力墙体系以及外伸钢臂抗侧力体系相结合的结构体系，在进行参数设置时，不仅满足了国内相关规范和标准，还参考了国外标准，进行了风荷载测验等计算分析，最后确定了主体结构的风荷载。在各项参数确定中，都使用了科学的方法，保证了建筑的质量。

3.4连梁设计优化分析

我国在见面受剪承载力和配筋方面都进行了相关规定，进行塑性调幅时可以采用两种办法，第一就是在内力计算之前对连梁刚度进行折减，第二就是在内力计算之后，将连梁的弯矩和剪力组合值呈上折减系数获得。在使用任何一种办法的时候，都要确保调整之后的连梁弯矩、剪力设计值要大于或者等于使用阶段的实际值和设防烈度低一度的地震组合所得弯矩设计值，避免在使用中，或者较小地震作用下产生裂缝，危害到结构的安全性。

4.剪力墙结构科学设计方法

4.1优化基础方案设计

基础方案的设计质量会直接关系到剪力墙结构设计质量，设计者在进行基础设计的时候，要深入实地进行考察，积极搜集资料对工程进行全面了解，特别是要明确其中可能出现的问题。具体考察包含了建筑工程区域的地质条件、水文条件等。同时，要规划好设计技术标准、工程项目的布局等。在基础方案设计完成后，还要进行多次修改和完善，进一步确保基础方案的设计质量。

4.2完善对承重构件的设计

在完成和确定高质量的基础方案之后，设计者就需要按照相关标准和要求，对承重构件进行科学设计，保证建筑主体结构的稳定性和安全性。其中承重构件就是很重要的一部分，要对其科学设计精心优化加强，集中把握好剪力墙结构的配筋率。我国在此方面进行了一系列的标准规定，因此对承重构件的设计要符合国家的标准要求，在此基础上进一步对科学指标和工艺参数进行精确选择和结合。

5.实现剪力墙优化设计的措施

5.1剪力墙厚度不足时的处理措施

在相关规定中，都对剪力墙的厚度进行了明确规定，并对底部加强部位和其它一般部位分别进行了规定。在实际施工中，如果剪力墙的厚度没有达到相关要求，就要按照规定中的方法对墙体的稳定性进行计算。此外要注意的是，剪力墙截面厚度不仅要满足稳定性能，还要考虑到其所在的位置和发挥的作用，在加强部位等部分要适当加大稳定计算结果，保证结构的安全性。

5.2剪力墙外墙角部开设角窗的优化设计

在进行角窗开设时，要明确此部位是否适合开设角窗，开设窗角会使墙体的连续性和封闭性遭到破坏，对结构的抗震安全造成威胁。在这些高烈度地震区开设角窗可以采取以下优化措施：第一，要控制好角窗开设的洞口不要太大，连梁也不能太小，而要保持上下对齐；第二，角窗洞口附近要避免采用短肢剪力墙，T形和L形比较适合采用，还要适当加大墙厚；第三，转角处的楼板局部加厚，适宜加大配筋，必要时需在板内设置暗梁。

结束语

在对剪力墙结构进行优化设计时，不仅要重视对基本概念的设计、把握各项原则，使用科学方法确定具体参数设置等。还要再次基础上满足建筑的美观、经济性等要求，使建筑质量安全能够得到保证。

参考文献

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