建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计分析

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摘要：剪力墙结构是建筑中普遍常见的一种结构，如果这种结构设计的很好，那么，不仅能够减少建筑施工的时间，还能增加建筑的使用年限，因此应该注重建筑结构设计中剪力墙结构的设计，下文主要针对建筑结构设计中剪力墙结构设计的主要原则、特征、设计应用进行了分析和探讨。

关键词：建筑 结构 设计 剪力墙 设计

中图分类号：TU3文献标识码： A

剪力墙结构自身所具有的抗侧刚度性能强、抗震性能好、侧移幅度小等优点，所以，该技术已经被广泛的使用到了各种不同建设的结构设计之中，尤其是在大量的高层建筑结构设计之中，绝大部分墙体结构都是应用的剪力墙结构。但必须要加以重视的是，就目前来说，剪力墙位置、尺寸等方面的设计都还没有形成相应的规范，这方面的因素直接使得剪力墙结构极易存在一定的安全隐患，仅仅只是靠设计师的经验，并没有办法来避免这类情况。

1 建筑结构设计中剪力墙结构设计的主要原则

首先，因为剪力墙通常情况下都是高和宽要比厚度大很多，再加之是几何特征向板，所以剪力墙的受力形态和柱子几乎相同，但是两者之间还是有差别的，之所以会产生这种差别主要是由于肢长和厚度的比值范围，如果肢长和厚度的比值不超过 3 时，设计者就可以按照柱子看设计剪力墙，但是如果比值超过 3,但小于 5，那么设计者就可以把剪力墙当作异形柱处理。其次，剪力墙结构中的墙属于平面构件，它不仅要承受水平方向的水平剪力以及弯矩，还要承受来自纵向的竖向压力，如果剪力墙结构要满足抗震的要求，那么，在设计时除了要考虑刚度，还要考虑延性，这种延性能承受住非弹性变形反复循环。再次，剪力墙最重要也是最需要注意的特点是，如果剪力墙在同一平面内，那么它的刚度和承载力就会相对很大，但是平面外这两者就相对要很小。所以如果与剪力墙连接的是平面外的梁，就非常容易使墙肢在平面外出现弯矩的现象，所以在实际设计时，应该尽可能的不与平面外的梁连接，如果必须要与平面外的梁连接，设计人员必须要做好保护措施，避免出现剪力墙平面外出现意外事故。最后，在对剪力墙的设计进行计算时，不仅要考虑到竖向作用下的结构分析，好要考虑到水平作用下结构分析，在计算出内力结果之后，就要根据偏压或者偏拉来验算。在计算剪力墙承载力时，如果是带翼墙，那么，计算宽度通常情况下都是取最小值。

2 剪力墙的特征及其种类

剪力墙的特征总的来说，可以总结为以下几点：抗侧刚度很强大，而且侧移也相对要小很多；发生地震时，能够吸收更多的地震能力；运用剪力墙结构可以说使室内墙面非常平坦；但是剪力墙结构在施工时需要很多的环节，这样造价也就相对要高很多。如果按照剪力墙结构是否开洞可以将其划分为以下几种：整体小开口剪力墙、实体墙、壁式框架以及双肢或者多肢剪力墙等。这几种剪力墙它们各自都有不同的受力特点，设计人员应该建筑结构的具体需要来选择合适的剪力墙结构类型。

3.剪力墙结构的计算和配筋

3.1剪力墙的墙身

剪力墙中包括的有竖向钢筋和水平向钢筋，在对其进行构造和计算时，要对其用量进行确定，主要对正截面中的抗弯承载力、斜截面中的抗剪承载力进行验算。剪力墙中的钢筋配置要求为:在一级、二级、三级的抗震设计中，竖向配筋率与水平配筋率不能低于0.25%;在四级、一级非抗震设计中，其配筋率不能低于0.2%。另外，剪力墙的竖向钢筋与水平钢筋之间的距离适宜在300m m左右，直径不能低于8mm。

3.2对结构参数进行控制

为了有效的保证结构布置的科学合理性，需要对位移比、刚重比、侧向刚度比、层间位移角以及周期比等参数进行控制。其中，位移比指的是在高层建筑中，其竖向构件自身的层间位移、水平位移和本楼层平均值之间的比值。主要对结构布置自身具有的不规则性进行限值，能够防止出现大的偏心力，进而导致结构出现扭转效应。另外，位移比限制主要是将刚性楼板基础进行确定的，在对偏心力因素进行考虑的前提下，高楼建筑中竖向构件中的位移比小能高于1.2 。

3.3楼层之间最小剪力系数的调整原则

在建筑工程项目中，为了有效的减轻结构自重、避免因为地震而引发建筑结构垮塌问题，在设计中应当考虑少布置剪力墙，但是这一前提必须是在剪力墙满足建筑结构竖向、水平荷载的要求下，从而合理、科学的布置剪力墙，这样不仅能减少工程施工和投入，而且能大大的提高建设效益。

3.4楼层层间最大位移与层高之比的调整原则

对于常规建筑工程施工建设而言，设计工作的重点主要是置放在两主节点的扭曲和施工建设中，是通过科学控制扭转变形和抗剪切能力来达到预计设计标准的一个工作模式，但是在剪力墙建筑结构的设计工作中，竖向荷载的多少是整个设计工作的重点，如果竖向构件的数量过多，必然会导致剪力墙比重大，给水平荷载造成威协，如果设计过少却又无法满足工程施工建设要求，导致整个结构时久性、功能性不佳，给施工效益造成威胁。

4 剪力墙结构设计在建筑结构中的应用

4.1 剪力墙的布置

剪力墙是高层建筑结构的核心主体框架，其在平面布置时应该尽可能地保持均匀与对称，同时墙面结构的刚度中心与质量重心保持吻合，减少因为两侧受力不均导致的扭矩问题。剪力墙布置不均，造成的建筑主体出现沉降不均的问题也时有发生。内外剪力墙要拉通、对直。

在剪力墙的结构设计时要充分计算应力，同时也要考虑施工的难以程度，在同样满足业主需求的同时，降低整个项目的成本也是结构设计要考虑的一项因素之一。最后剪力墙的肢截面要尽可能地简单、规则，适应性更强，也更容易得到业主的认可。

4.2剪力墙大墙肢处理应用

剪力墙本身的刚度非常大，同时也存在着一定的延伸性，这主要是因为施工材料无可避免的形成的。正因为如此，在进行剪力墙结构设计时同样需要考虑到延展特性，从实际出发，结构设计对整体性的作用将会更加科学。在剪力墙的结构设计中，极易出现弯曲破坏形式，容易在投入使用后经过一段时间的应力积累，造成脆性破坏。所以在设计过程中，要对剪力墙在满足承载要求的基础上，进行分层间隔设计，均匀独立的剪力墙对于提高墙体的结构承载力非常有效。长度较小的剪力墙在受弯时造成的裂缝宽度较小，可以发挥配筋的作用。一般而言，对于超过八米的墙肢长度，要采用开施工钎与开计算洞的方式进行处理。前者是在施工墙上留洞，在完成后进行砌填，对墙肢进行分解，而第二种是在计算时就设有孔洞，不过在施工阶段却为混凝土墙，从而加强其他的墙脚的配筋能力。

4.3 结构设计中的墙体配筋

剪力墙的面积非常大，整个建筑规模都需要使用到剪力墙。剪力墙的配筋多把竖向钢筋置于内侧，而把横向的钢筋置于外介。剪力墙的配筋需要满足最小配筋率要求，如果采用双向钢筋网片可以有效节省墙体配筋。墙体配盘减少，将对规模庞大的高层建筑工程造价有着积极的作用，得到了建设单位的认可。

4.4 连梁设计

当剪力墙受到水平荷载的时候，墙肢可能会出现扭曲情况，连梁装置则能够均衡墙肢的水平负荷力，改善墙肢受力状态，对墙肢起到了一定的约束和稳定作用。可见，墙肢之间的连梁对整个剪力墙结构都具有重要作用，在剪力墙结构设计中是不可或缺的环节，一旦设计失误或是不合理，必然会对剪力墙结构的设计带来不良影响。所以，在进行连梁结构设计的时候，设计师应按照相关规定适当折减连梁结构刚度和高度，适当增加其跨度，从而降低结构刚度，完善抗震结构的设计，缓解地震作用的对剪力墙结构的影响。另外，为了进一步提高结构的承载力和抗震性能，设计师也可适当增加剪力墙结构厚度，增加连梁截面，使连梁装置的作用得到最大限度发挥。

5.结束语

综上所述，剪力墙结构无论是在多层建筑结构之中还是其他不同类型的建筑结构中，都有着极其广泛的应用前景。同时，在剪力墙结构进行设计和计算的过程中，务必要和相关的工程情况进行结合，以此来制定出能够满足剪力墙结构施工的建筑施工设计，最大限度的提升建筑结构无论是在水平方向，还是在竖向之中所呈现出来的作用力，最大限度的提升建筑自身所拥有的安全性。

参考文献

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