潘建敏
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摘要：在建筑工程中，剪力墙结构发挥着重要的作用，尤其是抗震方面。除此之外，常被用作隔离墙，因此结构布置多是沿着主轴线。由于剪力墙结构具有较强的弯曲延性和抗脆性，进行结构设计时，要做好剪力墙高度、宽度以及厚度的把控，确保其功能作用的发挥。现结合具体实践，分析剪力墙结构的优化设计。
关键词：建筑结构设计；剪力墙；结构设计要点
在建筑工程中，剪力墙结构发挥着重要的作用，尤其是抗震方面。结构布置多是沿着主轴线。由于剪力墙结构具有较强的弯曲延性和抗脆性，进行结构设计时，要做好剪力墙高度、宽度以及厚度的把控，确保其功能作用的发挥。现结合具体实践，分析剪力墙结构的优化设计。
1剪力墙结构设计基本概念
1.1剪力墙肢长与截面厚度之比应大于4，墙厚不大于300mm且墙肢长厚比大于4且不大于8时，划分为短肢剪力墙。一般来说，在一个结构平面中，剪力墙的长度不宜相差过大，通常要求最长剪力墙与多数剪力墙长度相比不应大于2.5。单片剪力墙长度一般不宜大于8米，否则其将吸收过大的地震力，在地震时将首先破坏，对抗震是十分不利的。
全部采用短肢剪力墙的结构抗震性能较差，应避免采用。
1.2在剪力墙结构当中，墙体承受在平面方向上分布的弯矩与剪力，此外还承担竖向压力，即同时受到剪力、轴力与弯矩作用，在水平作用下，如同嵌固在基础表面的深梁。受地震作用或者是风荷载后，剪力墙不仅要达到刚度与强度要求，而且还应满足在非弹性变形条件下的抗裂、延性及能量耗散等要求，即墙肢应能避免脆性剪切破坏等的发生，所以应尽可能将其设计成具有延性的弯曲型墙体。
1.3在实际工程当中，剪力墙主要分为两种，即整体墙与联肢墙。其中，整体墙包括山墙或小开洞墙等。其受力与竖向悬臂类似，如果剪力墙的墙肢长度较大，则受力后法向应力表现为线性分布，其破坏形态与偏心受压柱类似，在配筋时，需要将竖向筋布置于墙肢的两端。为了避免发生剪切破坏，需适当提高墙体底部组合内力；此外，当墙段长度（即墙段截面高度）很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断，因此墙段的长度不宜过大，一般不大于8m。
联肢墙，即采用连梁进行连接而成的剪力墙，由于连梁刚度小于墙肢，主要由墙肢单独发挥作用，如果在连梁的中部产生反弯点，应注意轴压比的限定要求。如果剪力墙上的开洞较大，形成由宽柱或者是宽梁构成的短墙肢，此时构件变成在两端存在刚域的杆件，则受到内力后，大部分墙肢将产生反弯点，墙体受力特征与框架相似，在计算与构造设计过程中应视作框架结构来考虑。
1.4墙体设计需要综合考虑水平与竖向两个作用，求取内力以后，按照偏压或者是偏拉实施正截面及斜截面的承载力计算与验证。如果受到相对较大的集中荷载，则要计算出局部的受压承载力。
1.5大部分由跨高比大于5的框架梁联系的剪力墙结构其受力性能类似与框架结构，对抗震性能较差。因此对于层数不多的6、7度设防地区是可以采用的，对于高烈度区则应尽量避免采用。
2剪力墙结构设计的优化
在剪力墙结构设计的过程中，还有一些可以优化之处，结构设计人员可以根据实际情况来进行适当优化，如下面所阐述的内容：
2.1连梁设计优化
水平载荷的作用下，墙肢会发生一定程度的弯曲变形，此时连梁则会受到一定的内力。在剪力墙设计的过程中，需要根据实际情况适当对连梁进行优化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如：在设计的过程中对建筑的内力进行详细分析，并对连梁的刚度进行适当的折减计算，以此来避免连梁发生破坏，以提高结构的刚度和稳定性。
2.2墙肢平面外弯矩的优化
由于现代人对建筑外观的追求逐渐强烈，因此，经常会出现一些非对称的结构设计，这就会与剪力墙结构设计的对称性原则矛盾。因此，出现了剪力墙墙肢平面外弯矩的情况来适应建筑的特点。在这种情况下，可以通过设置暗柱的方式、将楼面梁与墙肢进行铰接来进行优化设计，以此来提高剪力墙的承载力，避免弯曲变形的情况出现。
2.3剪力墙结构的优化
由于我国近些年地震频发，导致民众对建筑结构的稳定性和抗震性有了更高的要求，因此，在剪力墙结构设计的过程中，可以通过结构的优化设计来提高建筑的稳定性和抗震性。如：在水平高度上剪力墙的设置不能中断，并注意空间的影响与建筑侧面的影响，并选取合适的建筑材料来提高建筑的质量，以便应对地震带来的影响。
第四，剪力墙软件的优化。随着计算机技术的发展，结构设计人员还需要不断更新和引进先进的剪力墙设计软件，借助软件来完成剪力墙相关数据的分析和设计，以此来进行更加精准的设计，提高设计的整体质量。
3概念设计的应用
3.1工程概况
以某建筑为例，其总建设高度为92.3m，共有30层，其中地上29层，地下1层，地上一层为超市，以上为住宅。其建筑面积为30000m2，设计风荷载为50年一遇，基本风压为0.6kN/m2，风载体型系数为1.4，抗震设防烈度7度，场地设计地震分组为第一组，工程场地类别为二类。
3.2地形地质条件
因为该建筑设计有地下一层，从而使得整个建筑结构的抗震性得到了较大的提升。根据其场地的地质结构勘查报告看，结构设计者决定采用预应力混凝土管桩，从而使工程的质量得到提升，工程施工速度得到加快。将建筑的建筑桩基设计为乙级，长度设计为25m。
3.3选择结构体系
剪力墙的轴压大小直接影响其塑性变形能力，在实际情况中，构件的变形能力对机构的延展性有着非常大的制约作用。该建筑工程通过对平面的灵活布局和抗侧力性能都进行了综合的设计和考虑，从建筑设计的整体规划考虑，决定使用剪力墙结构。同时，通过对场所的地质环境进行分析，将剪力墙的抗震烈度设计为二级。
3.4布置剪力墙
在建筑物的实际设计中，剪力墙的布置应该顺着建筑物轴线的方向进行，并且两个方向的抗侧力刚度要基本相同。在设计中要确保建筑的整体受力实现平衡对称，同时保证建筑物的刚度中心和质量中心吻合，从而确保建筑整体受力平衡。在对建筑物抗侧力构件进行竖向布置时，要保证建筑的刚度整体均匀，杜绝出现刚度变化。我们发现建筑的抗震能力强弱与建筑的刚度之间有着密切的联系，只有建筑的刚度达到设计的要求，其抗震性能才能得到保证。
3.5抗震验算
剪力墙结构的最大层间位移角不应大于1/1000，最大水平位移与层平均位移的比值不宜大于1.2，不应大于1.5。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。结构在风荷载和地震作用下的位移均应满足上述要求。剪重比是反应结构承受地震作用大小的指标之一，地震力计算不能偏大，也不能偏小。6、7度区计算剪重比宜接近规范要求，8度区计算剪重比一般为规范要求的1.5~2倍。
3.6高层建筑剪力墙结构优化策略的总结
在进行剪力墙结构设计时，为达到优化设计的要求，可采取以下措施：（1）优选结构设计方案。建筑高度不同，剪力墙结构设计遵循的要求就不同，要同时考虑材料和高度的要求。一般来说，剪力墙厚度h与楼层数n关系：6度为h=8n，7度为h=10n，8度为h=12~15n，且h≥200mm。剪力墙长度L：不超过30层的建筑，6、7度剪力墙长度较短，一般为8.5~12h；8度区剪力墙长度较长，一般为12~20h。（2）进行剪力墙结构优化，要保证结构的均衡，剪力墙形状宜双向且简单。缝凸角应布置墙，楼梯、电梯应布置墙，墙与墙宜对直联合。
总之，在高层建筑结构设计中，选用剪力墙结构，必须经过反复优化设计，才能够确定最终的方案，最大程度上保障建筑物结构设计的合理性。这需要设计人员能够遵循设计要求，做好优化设计要点的有效把控。
参考文献：
[1]王健.浅析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].建材与装饰，2018（19）：109.
[2]延瑞芳，管丹丹.高层建筑剪力墙结构优化设计[J].资源信息与工程，2016，31（03）：163+165.
[3]张涛.建筑结构设计中概念设计的运用实践分析与研究[J].江西建材，2017（20）：14，21.
[4]吕清海.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰，2017（16）：87-88.
论文作者:潘建敏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/10
标签：剪力墙论文; 结构论文; 建筑论文; 结构设计论文; 刚度论文; 长度论文; 优化设计论文; 《防护工程》2018年第30期论文;