建筑剪力墙结构设计优化策略探讨秦成林

建筑剪力墙结构设计优化策略探讨秦成林

秦成林

泰安市现代建筑设计有限公司山东泰安271000

摘要：进入21世纪以来，在社会经济稳健发展的背景下，我国建筑企业得到了快速的发展。从建筑工程建设角度来看，建筑剪力墙结构设计是新型建筑设计尤为重要的一个环节。为了提高建筑设计的质量，有必要明确建筑剪力墙结构设计思路，并做好实践工作。

关键词：建筑剪力墙；结构设计；应用实践

建筑结构设计既要美观，又要实用，以满足人们的居住需求。剪力墙结构是建筑工程设计中的主要内容，其具备侧移和抗侧刚度方面的优势，抗震性好，在现代建筑结构设计中备受青睐。它将承重墙和分隔墙合并，成本较低。施工单位要依据具体工程背景，对剪力墙结构进行优化，提高建筑工程质量，使其安全性和经济性兼备，使建筑企业在市场博弈中取胜。

1剪力墙结构概述

1.1剪力墙结构

剪力墙结构是指建筑(包括房屋极其附属的建筑物)用来承受风荷载或者地震等自然灾害引起的水平荷载的墙体，因此又叫做抗风墙、抗震墙或者结构墙。剪力墙结构设计初衷是为了防止建筑结构遭受外力破坏，提高建筑结构的稳固性。所谓建筑结构，根据施工方法分为:混合结构、框架结构、剪力墙结构以及框筒结构等，剪力墙结构具有抗侧刚度大、用钢量小以及抗震性能强等优势，对比其他建筑结构，剪力墙在建筑结构设计中应用较广泛。剪力墙结构的建筑材料一般选用钢筋混凝土，利用钢筋混凝土墙板承受建筑结构来自竖向受力和横向受力，但在实际施工中，剪力墙结构主要指竖向的代替梁柱受力的钢筋混凝土墙板(见图1)，水平方向仍然是用钢筋混凝土的大楼板搭载墙上实现对建筑结构水平力的控制。

图1剪力墙结构

1.2剪力墙特征及种类

根据剪力墙的墙体是否开洞以及开洞尺寸的大小，6～7m的为大开间，3～3.9m的为小开间，而小开间剪力墙较经济合理，减少了建筑成本，增大了建筑使用面积。剪力墙结构分别有以下四种:①实体墙，其中只有实体剪力墙结构墙体不开洞。实体墙的变形主要是曲型，墙体承受能力比较强，不会发生突变，稳定性较好。②整体小开口剪力墙，相对来说截面墙体开洞面积较小，占整个墙体面积的比例不超过15%，变形为弯曲型，弯矩图处有可能发生突变。③多肢或双肢剪力墙，墙体开洞面积过大并且洞口成列状分布，弯矩图处不会发生异常情况，受力特点和整体小开口剪力墙相似。④壁式框架剪力墙。墙体开洞面积在几种剪力墙结构中是最大的，墙肢线与连梁线上的刚度比较接近，变形为剪切型，受力特点与框架结构相似。

2剪力墙结构设计的优化原则

2.1剪力墙平面内外承载力及刚度适当

工程设计应注重剪力墙平面内外承载力及刚度适当的原则，应保证剪力墙平面外承载力及刚度较小，而平面内承载力及刚度则相对较大。实际建筑施工过程中，梁与平面外方向的剪力墙的连接方式为单侧连接，这常会导致墙肢平面外弯矩，但常规的设计施工对墙的平面外的承载力及刚度实际验算量不足，除了特殊设计施工需求，通常不要采用平面外单侧连接方式，当使用平面外单侧连接方式，应采用合理改进方法，保证剪力墙平面外稳定性。

2.2楼层剪力系数最小

实际工程施工过程，应保证各楼层间的剪力系数最小的原则，有效降低建筑物重量，防止建筑物的抗震性能降低进而引起严重安全隐患的问题，建筑设计根据短肢剪力墙承受力矩的大小，实际调整楼层间剪力系数达到最小值，并保证建筑物质量的前提下，合理减少剪力墙的数量，对剪力墙结构的侧向刚度进行适当加强，这可以有效降低整个建筑工程的建设成本和资源浪费，在合理范围内扩大建筑各方和建筑用户的经济利益。

2.3楼层间位移最大化与层高比

在建筑设计过程中，应实际调整层间位移和层高比，以保证楼层间位移最大值和层高比原则。与传统建筑结构相比，剪力墙结构设计计算位移没有加入建筑结构变形因素，其位移计算关键点是楼层间的弯曲变形情况，而通常楼层间发生的弯曲变形主要是扭转和剪切，就剪切变形而言，其主要受建筑结构中的竖向构件影响。竖向构件应根据实际建筑情况进行有效调整，保证数量适中，保证楼层间不会出现扭转变形或变形程度较小。因此实际高层建筑结构设计及施工过程中，应重点对楼层间位移最大化与层高比进行实时监测，以降低扭转变形，进而提升整体建筑结构的安全性和刚度。

3建筑剪力墙结构设计的具体优化策略分析

3.1合理掌握剪力墙的尺寸及其外形

要想使建筑监理墙结构设计得到有效优化，便有必要合理掌握剪力墙的尺寸及其外形。对于不同的墙体结构来说，其设计也存在差异;所以剪力墙结构设计在竖直或水平方向的刚度及其荷载分布均有所差异。为了使剪力墙荷载传递要求得到有效满足，需保证其墙肢截面高度是墙厚的八倍。同时，对于剪力墙结构来说，要想使自身的稳定性得到有效保证，便需要优化设计外形，通常选取T形或者L型最好，这两种外形方案的选择均能够减轻墙体的重量，进而使剪力墙结构的外形体积得到有效减小，并使剪力墙侧向刚度的提高得到有效促进，此外还能够在一定程度上使建筑工程项目的成本得到控制。此外，在剪力墙结构使用过程当中，需保证剪力墙2个方向中至少有一个与标准相符，且另一个不宜偏短，误差值控制在1m内，这样才能够使配筋问题得到有效避免。

3.2优化设计剪力墙边缘构件

除上述有关建筑剪力墙结构设计优化方法之外，还有必要优化设计剪力墙边缘构件，具体方法包括:(1)对构造边缘构件加以约束。以施工规范要求为依据，对剪力墙墙肢长度加以明确，并明确箍筋配箍的特征值;对于纵向钢筋来说，其范围需比规定范围的阴影面积大。(2)对边缘构件加以约束。在边缘构件约束过程中，主要的对象是端柱、暗柱以及翼墙等。在剪力墙刚度偏小的情况下，便会出现层间位移情况，因此便有必要需要搭建的有关结构加以约束。除外，以建筑工程项目的施工情况为依据，需对暗柱和端柱的截面尺寸以及配筋进行合理增加，进一步使剪力墙边缘构件实现优化设计。

3.3优化设计剪力墙连梁及剪力墙大墙肢

(1)对于剪力墙连梁来说，也就是墙肢和墙肢之间互相连接的梁，当墙肢受到压力的情况下，便容易产生超筋或形变，进而使建筑的质量及寿命遭到很大的威胁。因此，便有必要优化设计剪力墙连梁。具体优化措施为:一方面，合理降低剪力墙连梁的高度，以建筑工程实际情况为依据，使剪力墙连梁的高度控制在合理范围内，从而使因尺寸问题引发的连梁剪切形变状况得到有效避免。另一方面，规范控制剪力墙结构的塑性，并对剪力墙连梁弯矩的抗震设计进行合理调整。并且，需对连梁的受力合理控制。除此之外，如果有剪力墙结构超筋或者位移等状况出现，对于施工部门来说，需采取相应的借鉴方法，名曲施工规范，从而使连梁问题得到有效解决。(2)在剪力墙设计过程中，需确保剪力墙具备很好的延展性，这样才能够使剪力墙设计实现优化。剪力墙结构较为特殊，宽和高比较弱＜2，那么其柱体一般呈细高状。因此，要使剪力墙剪切破坏程度得到有效控制，需保证剪力墙呈现弯曲状。而要想使剪力墙的高度得到有效保障，首要工作是进行均匀分段，然后采取开洞技术把剪力墙分成小墙段，以此使剪力墙在弯曲过程当中可以控制裂缝的扩大。如果剪力墙结构＞8米，可能导致在地震的情况下需承受很大的剪力作用，进而使大墙肢受到损害。因此，有必要采取施工洞技术或计算洞技术，对低于八米的大墙肢设计加以处理。此外，在工程竣工之后，在坑洞当中，需要采取混凝土结构砌体进行填补。

4结语

剪力墙结构在建筑结构中运用愈来愈广，也占据着愈来愈重要的地位。但是，随着剪力墙结构的广泛推广，它的一些不足与缺陷也日益突显，其优化措施的挖掘更是迫不及待。笔者建议工程技术人员在实际工作中不断总结经验，然后用经验指导实践，不断优化剪力墙结构的应用技术。

参考文献

[1]刘强.浅析建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计[J].江西建材,2014,19:44+48.

[2]谢向鹏,李献军,高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].中国建筑金属结构,2013,24:175.