建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計探討

高青 李林明

摘要：建筑剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大，其可以有效減少側(cè)移，且具有較好的抗震性能等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中?；诖?，本文概述了建筑剪力墻結(jié)構(gòu)，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其優(yōu)化設(shè)計進行了探討分析。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用；優(yōu)化設(shè)計

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)主要是指豎向的鋼筋混凝土墻板，建筑物的水平方向仍然是用鋼筋混凝土的大樓板搭載墻上，其主要是用來承受風(fēng)荷載或者地震作用引起的水平荷載的墻體。建設(shè)剪力墻的主要目的是防止建筑結(jié)構(gòu)遭到剪切破壞。為了保證房屋及構(gòu)筑物的堅固性，剪力墻的建筑材料一般選用鋼筋混凝土。由于建筑剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、用鋼量小以及抗震性能強等優(yōu)點，目前已經(jīng)在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析：（1）在調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高之間比例中的應(yīng)用分析。在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計的重點主要集中在對樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形的處理上。建筑物的剪切變形處理是用豎向構(gòu)件的數(shù)量進行控制的。因此，一旦豎向構(gòu)件的數(shù)量過多，剪力墻的剪重比例勢必變得偏大。這種不合理的建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計將直接導(dǎo)致建筑樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，且變形的程度較大。在這種情況之下，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)同樣難以滿足建筑物樓層之間發(fā)生位移的需要。因此在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑物樓層之間的位移不能僅僅依靠豎向構(gòu)件的剛度進行調(diào)整，還應(yīng)該盡可能地減少樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，這就需要注意調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高之間的比例。（2）在調(diào)整樓層之間最小剪力系數(shù)中的應(yīng)用分析。首先，在施工的過程當(dāng)中，為了降低房屋及構(gòu)筑物的自身重量，進一步增強建筑物的抗震能力，應(yīng)該在短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩40%以內(nèi)的前提之下，盡量控制剪力墻的數(shù)量。其次，在遵循上一前提的基礎(chǔ)之上，對剪力墻進行大開間處理，使得建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度變得更好。這樣，建筑樓層之間的最小剪力系數(shù)將得到有效的控制，有效地降低了建筑工程成本。（3）在調(diào)整剪力墻連梁超限中的應(yīng)用分析。剪力墻的跨高比小于2.5，可能會出現(xiàn)剪力和彎矩超過相應(yīng)的規(guī)定限度的現(xiàn)象。因此，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)該遵循建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁跨高比大于2.5的原則。應(yīng)該注意的是，剪力墻的連梁跨高比也不是越大越好，例如：在保證剪力墻連梁剛度不發(fā)生變化的前提下，當(dāng)剪力墻的連梁跨高比在5～6之間的時候，剪力墻的剪力或者彎矩就會出現(xiàn)超出規(guī)定限值的現(xiàn)象，勢必導(dǎo)致建筑剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常。所以，在剪力墻的連梁跨度比超過5的時候，我們就應(yīng)該采用框架梁的方式進行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計了?？傊?，在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，必須對剪力墻連梁的超限情況進行調(diào)整，一方面保證剪力墻建筑的施工質(zhì)量，一方面實現(xiàn)對建筑工程資金成本投入的有效控制。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計分析

1、嚴格基礎(chǔ)方案的優(yōu)化設(shè)計?；A(chǔ)方案是建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，非常關(guān)鍵和重要，相關(guān)設(shè)計者要想把好這一關(guān)就要積極深入實際、展開考察、調(diào)查和研究，特別是要積極預(yù)防和處理可能會發(fā)生的質(zhì)量問題。具體的考察項目應(yīng)該包括工程所在地的地質(zhì)條件、水文狀況等等，同時要對設(shè)計技術(shù)標準、臨近工程項目的布局狀況等實行妥善、科學(xué)的規(guī)劃，只有這樣才能確保所設(shè)計出的基礎(chǔ)方案能夠積極發(fā)揮有效作用。相關(guān)設(shè)計工作者要本著不斷修改、更新與完善的原則，在已制定設(shè)計的基礎(chǔ)方案上進行完善，這樣才能確保其質(zhì)量。

2、剪力墻平面的優(yōu)化布置。首先，由于建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中的全部豎向荷載和水平力都是由鋼筋混凝土墻來承受，因此剪力墻應(yīng)該沿著平面主要軸線的方向進行布置。其次，在剪力墻的平面布置中，為了使剪力墻的質(zhì)量中心與其剛度中心保持一致，剪力墻的平面應(yīng)該盡量講究對稱，這樣還可以起到降低剪力墻扭矩的作用。另外，我們還應(yīng)該注意到，對于以抗震為主要目的的建筑剪力墻結(jié)構(gòu)，在對其進行設(shè)計的時候應(yīng)該避免使用單向的平面布置形式，否則將大大影響建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震效果。

3、合理配置剪力墻暗柱鋼筋。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，一、二、三級剪力墻加強部位都必須設(shè)置暗柱、端柱。這主要是為了滿足抗震的要求，因為設(shè)置暗柱、端柱等邊緣構(gòu)件的剪力墻在地震作用下可以消耗大量的地震波能量，其邊緣構(gòu)件抗拉能力強，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性也有很大程度的提高。

4、嚴格剪力墻數(shù)量的控制。剪力墻的建設(shè)是為了承受風(fēng)荷載或者地震作用引起的水平荷載，但是剪力墻的建設(shè)也不是越多越好。事實上，在建筑施工過程中，為了降低建筑結(jié)構(gòu)的自身重量，進一步增強其抗震性能，反倒應(yīng)該盡量控制剪力墻的數(shù)量。一般而言，剪力墻的建設(shè)比較講究對稱和均勻，數(shù)量適當(dāng)就好。

5、承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。在高質(zhì)量的基礎(chǔ)方案已經(jīng)得到了優(yōu)化設(shè)計和確定以后，相關(guān)設(shè)計者就需要根據(jù)有關(guān)的制度、指標以及規(guī)范等來加強對承重構(gòu)件的優(yōu)選，這樣才能有效保證建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，確保其穩(wěn)定性、安全度。例如：要重點加強剪力墻承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計，集中把握剪力墻墻體自身的配筋率，根據(jù)我國當(dāng)前制定并實施的一些指標中已經(jīng)明確規(guī)定：通常的剪力墻抗震有三個等級，水平方向、豎直方向的配筋率至少要在0.25%以上，同以往對比起來，當(dāng)前的配筋率安排水平得到了顯著提高，甚至正在接近國際化水平，因此，要想確保剪力墻設(shè)計質(zhì)量，相關(guān)設(shè)計者就需要重點把握基礎(chǔ)方案設(shè)計，承重構(gòu)件的設(shè)計等等，要在遵循國家相關(guān)規(guī)定標準的基礎(chǔ)上注重一些科學(xué)指標以及工藝參數(shù)的正確選擇與完美結(jié)合。

結(jié)束語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)不僅在性能上具有良好的抗震性，而且具有非常好的剛度，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了較為廣泛的應(yīng)用。為了充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用，必須加強對其進行優(yōu)化設(shè)計。

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