建筑结构设计中剪力墙结构的应用和优化设计探讨

高青 李林明

摘要：建筑剪力墙结构具有抗侧刚度大，其可以有效减少侧移，且具有较好的抗震性能等优点，被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。基于此，本文概述了建筑剪力墙结构，对建筑结构设计中剪力墙结构的应用及其优化设计进行了探讨分析。

关键词：剪力墙结构；建筑结构设计；应用；优化设计

一、剪力墙结构的概述

建筑剪力墙结构主要是指豎向的钢筋混凝土墙板，建筑物的水平方向仍然是用钢筋混凝土的大楼板搭载墙上，其主要是用来承受风荷载或者地震作用引起的水平荷载的墙体。建设剪力墙的主要目的是防止建筑结构遭到剪切破坏。为了保证房屋及构筑物的坚固性，剪力墙的建筑材料一般选用钢筋混凝土。由于建筑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点，目前已经在我国建筑结构设计中得到了较为广泛的应用。

二、建筑结构设计中剪力墙结构的应用分析

建筑结构设计中剪力墙结构的应用分析：（1）在调整楼层之间最大位移和楼层高之间比例中的应用分析。在建筑剪力墙结构的设计过程中，设计的重点主要集中在对楼层之间的扭转变形和剪切变形的处理上。建筑物的剪切变形处理是用竖向构件的数量进行控制的。因此，一旦竖向构件的数量过多，剪力墙的剪重比例势必变得偏大。这种不合理的建筑剪力墙结构设计将直接导致建筑楼层之间的扭转变形，且变形的程度较大。在这种情况之下，建筑剪力墙结构同样难以满足建筑物楼层之间发生位移的需要。因此在建筑剪力墙结构设计中，建筑物楼层之间的位移不能仅仅依靠竖向构件的刚度进行调整，还应该尽可能地减少楼层之间的扭转变形，这就需要注意调整楼层之间最大位移和楼层高之间的比例。（2）在调整楼层之间最小剪力系数中的应用分析。首先，在施工的过程当中，为了降低房屋及构筑物的自身重量，进一步增强建筑物的抗震能力，应该在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩40%以内的前提之下，尽量控制剪力墙的数量。其次，在遵循上一前提的基础之上，对剪力墙进行大开间处理，使得建筑剪力墙结构的侧向刚度变得更好。这样，建筑楼层之间的最小剪力系数将得到有效的控制，有效地降低了建筑工程成本。（3）在调整剪力墙连梁超限中的应用分析。剪力墙的跨高比小于2.5，可能会出现剪力和弯矩超过相应的规定限度的现象。因此，建筑剪力墙结构设计还应该遵循建筑剪力墙结构的连梁跨高比大于2.5的原则。应该注意的是，剪力墙的连梁跨高比也不是越大越好，例如：在保证剪力墙连梁刚度不发生变化的前提下，当剪力墙的连梁跨高比在5～6之间的时候，剪力墙的剪力或者弯矩就会出现超出规定限值的现象，势必导致建筑剪力墙结构出现异常。所以，在剪力墙的连梁跨度比超过5的时候，我们就应该采用框架梁的方式进行建筑剪力墙结构设计了。总之，在建筑剪力墙结构的设计过程中，必须对剪力墙连梁的超限情况进行调整，一方面保证剪力墙建筑的施工质量，一方面实现对建筑工程资金成本投入的有效控制。

三、建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计分析

1、严格基础方案的优化设计。基础方案是建筑剪力墙结构设计的基础，非常关键和重要，相关设计者要想把好这一关就要积极深入实际、展开考察、调查和研究，特别是要积极预防和处理可能会发生的质量问题。具体的考察项目应该包括工程所在地的地质条件、水文状况等等，同时要对设计技术标准、临近工程项目的布局状况等实行妥善、科学的规划，只有这样才能确保所设计出的基础方案能够积极发挥有效作用。相关设计工作者要本着不断修改、更新与完善的原则，在已制定设计的基础方案上进行完善，这样才能确保其质量。

2、剪力墙平面的优化布置。首先，由于建筑剪力墙结构中的全部竖向荷载和水平力都是由钢筋混凝土墙来承受，因此剪力墙应该沿着平面主要轴线的方向进行布置。其次，在剪力墙的平面布置中，为了使剪力墙的质量中心与其刚度中心保持一致，剪力墙的平面应该尽量讲究对称，这样还可以起到降低剪力墙扭矩的作用。另外，我们还应该注意到，对于以抗震为主要目的的建筑剪力墙结构，在对其进行设计的时候应该避免使用单向的平面布置形式，否则将大大影响建筑剪力墙结构的抗震效果。

3、合理配置剪力墙暗柱钢筋。根据相关规范规定，一、二、三级剪力墙加强部位都必须设置暗柱、端柱。这主要是为了满足抗震的要求，因为设置暗柱、端柱等边缘构件的剪力墙在地震作用下可以消耗大量的地震波能量，其边缘构件抗拉能力强，相应的结构整体稳定性也有很大程度的提高。

4、严格剪力墙数量的控制。剪力墙的建设是为了承受风荷载或者地震作用引起的水平荷载，但是剪力墙的建设也不是越多越好。事实上，在建筑施工过程中，为了降低建筑结构的自身重量，进一步增强其抗震性能，反倒应该尽量控制剪力墙的数量。一般而言，剪力墙的建设比较讲究对称和均匀，数量适当就好。

5、承重构件的优化设计。在高质量的基础方案已经得到了优化设计和确定以后，相关设计者就需要根据有关的制度、指标以及规范等来加强对承重构件的优选，这样才能有效保证建筑主体结构质量，確保其稳定性、安全度。例如：要重点加强剪力墙承重构件的优化设计，集中把握剪力墙墙体自身的配筋率，根据我国当前制定并实施的一些指标中已经明确规定：通常的剪力墙抗震有三个等级，水平方向、竖直方向的配筋率至少要在0.25%以上，同以往对比起来，当前的配筋率安排水平得到了显著提高，甚至正在接近国际化水平，因此，要想确保剪力墙设计质量，相关设计者就需要重点把握基础方案设计，承重构件的设计等等，要在遵循国家相关规定标准的基础上注重一些科学指标以及工艺参数的正确选择与完美结合。

结束语

综上所述，剪力墙结构不仅在性能上具有良好的抗震性，而且具有非常好的刚度，因此在建筑结构设计中得到了较为广泛的应用。为了充分发挥剪力墙结构在建筑结构设计中的作用，必须加强对其进行优化设计。

参考文献：

[1]秦艳，焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导，2011

[2]田琦.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].中华建设，2013

[3]陈崇冈.高层建筑剪力墙结构的设计要点[J].中国高新技术企业，2010