剪力墻結構的優(yōu)化設計

李福強，辛海亮

（1.中國建筑東北設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000；2.青島市城市規(guī)劃設計研究院，山東 青島 266071）

剪力墻結構的優(yōu)化設計

李福強1，辛海亮2

（1.中國建筑東北設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000；2.青島市城市規(guī)劃設計研究院，山東 青島 266071）

文章以剪力墻結構的優(yōu)化設計作為研究對象，從剪力墻的布置原則、剪力墻的數(shù)量及合理間距和剪力墻的墻肢合理長度等三個主要方面做了系統(tǒng)的研究及介紹，使剪力墻結構設計得到優(yōu)化，提高了建筑產(chǎn)品的性價比，降低了工程造價。

剪力墻結構；優(yōu)化設計；用鋼量

1 剪力墻的布置原則

（1）平面布置宜簡單、規(guī)則，宜沿兩個主軸方向或其它方向雙向布置，兩個方向的側向剛度不宜相差過大；宜上、下連續(xù)、對稱布置。

（2）門窗洞口宜上下對齊，成列布置。一、二、三級抗震時，底部加強部位不宜采用錯洞墻，且所有部位不宜采用洞口局部重疊的疊合錯洞墻。

（3）當墻肢較長時宜開設洞口，各墻段間宜設置跨高比大于6的弱連梁。 墻肢長度不宜超過8m，且墻段總高與墻肢高度之比宜大于3。

（4）剪力墻宜均勻布置在建筑物四周附近、樓體間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大部位。

（5）平面凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。

（6）縱橫剪力墻宜組成L形，T形和［形等形狀。

（7）抗震設防烈度為9度的剪力墻結構和B級高度的高層剪力墻結構不應在外墻開設角窗?？拐鹪O防烈度為7度和8度時，高層剪力墻結構不宜在外墻角部開設角窗，必須設置時應加強其抗震措施。

2 剪力墻的數(shù)量及合理間距

2.1 剪力墻的數(shù)量

剪力墻的數(shù)量決定著建筑物剛度的大小。對于鋼筋混凝土結構來說，剛度較大的結構一般震害較輕，但建筑物剛度太大就會影響經(jīng)濟性。一般情況下，建筑物剛度越大，經(jīng)濟性越差?？刂平ㄖ飫偠鹊囊蛩赜袃蓚€，一是層間位移角，二是剪重比。一般情況下，剪重比和層間位移角的大小與結構剛度成正比。因在剪重比偏小的情況下，有時也會出現(xiàn)結構頂點層間位移角滿足規(guī)范要求，剪力墻邊緣構件為構造配筋的“安全”假象，所以把剪重比控制在一個合理范圍內，檢查結構的位移、內力及配筋等才有意義。剪重比越接近規(guī)范要求的最小值，結構剛度就越小，剪力墻數(shù)量也就越少，結構越經(jīng)濟。同樣，層間位移角越接近規(guī)范要求的最小值，結構剛度就越小，剪力墻數(shù)量也就越少，結構越經(jīng)濟。為使剪重比和層間位移角同時接近規(guī)范最小值，需要科學的優(yōu)化剪力墻的布置及數(shù)量。

2.2 剪力墻的合理間距

在高層住宅中，開間均較小，墻體較多，可一部分墻體采用剪力墻，另一部分采用加氣混凝土砌塊隔墻，根據(jù)抗震設防烈度及抗震等級優(yōu)化調整剪力墻間距。結構體系中剪力墻間距越大，數(shù)量越少，結構自重及結構整體剛度就會越小，結構所受的地震力就會越小，這樣結構越經(jīng)濟。但一般剪力墻間距不宜大于7m，剪力墻間距過大容易引起結構整體剛度偏弱；會造成剪力墻間梁跨度變大、梁截面高度變大及梁配筋太大；而一般剪力墻厚度只有200mm，與剪力墻平面外相連的梁，若所配縱筋筋直徑太大，其在剪力墻水平段的錨固長度很難滿足規(guī)范要求。另外，剪力墻間距太大，會造成筏板基礎支座間距太大，這樣筏板的厚度及配筋都會增大。

另外，剪力墻的布置應滿足國家規(guī)范規(guī)定的剪重比、層間位移角、位移比和周期比等整體指標要求，做到安全適用，經(jīng)濟合理，將結構水平位移和地震力控制在合理的范圍內。這樣設計出來的結構才能既經(jīng)濟又合理。

3 剪力墻的墻肢長度

當墻肢截面高度與厚度之比大于4時均稱為剪力墻，剪力墻分為短肢剪力墻和一般剪力墻。短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4且不大于8的剪力墻。規(guī)范中對短肢剪力墻的配筋及在結構中的數(shù)量都有明確規(guī)定，在結構設計中特別是高層結構中應盡量少布置短肢剪力墻。

本文在第（3）條中已提到，剪力墻的墻肢長度不宜超過8m；是不是布置剪力墻時墻肢長度只需滿足不大于8m即可？這是不經(jīng)濟的。影響墻肢長度的因素有軸壓比、層間位移角和剪重比。在滿足規(guī)范對結構整體指標及軸壓比的要求下，剪力墻的墻肢長度應盡量短。住宅中剪力墻厚度一般為200mm，那么墻肢長度不小于1650mm即可滿足非短肢剪力墻的要求，故在滿足規(guī)范軸壓比的條件下，墻肢長度盡量取1650。鋼筋混凝土剪力墻的墻肢減短，除剪力墻自身的混凝土用量及鋼筋用量可減少外，變短的剪力墻可以減輕結構重量，降低結構剛度，從而大大降低地震力，這樣框架梁及連梁的配筋可以大大減小，從而降低用鋼量。當然結構外圍橫向兩側的剪力墻長度需適當變長，以增加結構的抗扭剛度。

在剪力墻數(shù)量及墻肢長度已定的前提下，為增強剪力墻構件及結構整體穩(wěn)定性，剪力墻應帶有翼墻，翼墻的長度應不小于3倍翼墻厚度。

4 結束語

該文從剪力墻的布置原則、剪力墻的數(shù)量及合理間距和剪力墻的墻肢長度這三大方面概括了如何進行剪力墻結構的優(yōu)化設計，從而使整個結構體系更安全、合理和經(jīng)濟。

［1］高層建筑混凝土結構技術規(guī)程［S］.JGJ 3-2010.

［2］朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程應用與分析［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.249-294.

［3］全國民用建筑工程設計技術措施.［M］.北京：中國計劃出版社，2012.35-43.

［4］建筑抗震設計規(guī)范［S］.GB50011-2010.

TU398+.2

A

1671-3818（2016）10-0130-01

李福強（1980-），男，山東成武人，碩士，中級工程師，研究方向：結構優(yōu)化設計。

辛海亮（1981-），男，山東濰坊臨朐人，碩士，中級工程師，研究方向：結構優(yōu)化設計。