建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略研究

李青春

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，蘭州 730000）

1 引言

隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展和對(duì)建筑模式的多樣性需求，建筑物的種類、風(fēng)格、高層和形式愈發(fā)多樣和復(fù)雜，不同結(jié)構(gòu)形式建筑物的受力情況、結(jié)構(gòu)承重不同，特殊外力作用下，建筑物的構(gòu)件易受到損害，乃至影響整個(gè)建筑的整體性安全，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，為建筑的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐，多種結(jié)構(gòu)形式的建筑物受力不均問題得到了有效解決，為有效發(fā)揮建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在工程建筑中的抗震、抗壓作用，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。

2 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)總體認(rèn)識(shí)

2.1 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)概述

一般來講，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)是由多重橫、縱鋼筋混凝土墻及樓蓋所構(gòu)筑的空間結(jié)構(gòu)，其墻體具備抵抗外界風(fēng)力荷載及地震引發(fā)的水平荷載和豎向荷載的作用，從其功能作用的一般意義講，建筑剪力墻又稱為抗震墻【1】。在現(xiàn)代建筑工程中，建筑剪力墻是高層建筑的常用結(jié)構(gòu)形式，由于建筑剪力墻的作用，其自身平面內(nèi)的剛度大、強(qiáng)度高，受水平作用力影響弱，墻體側(cè)移不易發(fā)生。因其具備抗風(fēng)、抗震的作用，被廣泛應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)中。在現(xiàn)實(shí)建筑構(gòu)造中，建筑剪力墻多采用現(xiàn)澆或預(yù)制件組裝的形式，以鋼筋混凝土的形式進(jìn)行剪力墻澆筑，與梁、柱結(jié)構(gòu)一同澆筑，以保障剪力墻的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.2 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

剪力墻是建筑物或構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的主要承載構(gòu)件，同時(shí)，在建筑物構(gòu)建中扮演著分割墻和圍護(hù)墻的角色，因此，墻體的布置與分配必須同時(shí)滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的雙重需求。剪力墻結(jié)構(gòu)具有突出的承載能力、整體性和空間作用，與一般的框架結(jié)構(gòu)相比，在抗側(cè)力方面性能更佳，因此，多用于中高層建筑結(jié)構(gòu)體系中。剪力墻結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)在于其側(cè)向剛度大，水平荷載對(duì)其的側(cè)移影響小，但其也存在一定的結(jié)構(gòu)缺陷，剪力墻間的間距受到一定的空間限制，在大空間建筑結(jié)構(gòu)形式中的抗力作用無法體現(xiàn)。因其結(jié)構(gòu)自重大、靈活性低等特點(diǎn)適用于住宅、公寓、旅館等一般建筑物中。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般以平板的形式存在，可不設(shè)梁結(jié)構(gòu)，相對(duì)空間利用比較好，在一定程度上可節(jié)約層高。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)承受水平和縱向的雙重荷載，但其主體作用在于承受平行于墻體結(jié)構(gòu)的水平荷載。剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)外的剛度大小差異突出，平面內(nèi)部的剛度大，外部剛度小，形成鮮明的反差。在剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向穩(wěn)定中，樓蓋的支撐作用不可忽略。在水平荷載作用下，墻體如同1 根底部嵌固于基礎(chǔ)頂面的直立懸臂深梁，墻體屬于壓、彎、剪復(fù)合受力狀態(tài)【2】。

3 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的初步思路

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析應(yīng)基于當(dāng)前建筑工程現(xiàn)狀，整理初步優(yōu)化思路，指導(dǎo)建筑工程建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路的深化拓展。

3.1 基于工程需要，設(shè)置墻寬、墻高，體現(xiàn)受力情況

建筑剪力墻的設(shè)計(jì)與施工是否規(guī)范、合理，重點(diǎn)在基于工程現(xiàn)狀下剪力墻寬、高的設(shè)置?；谝酝ㄖこ探ㄔO(shè)案例，剪力墻容易出現(xiàn)墻面大、厚度小的情況，且時(shí)有發(fā)生，此種情形下的剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)受力不均，影響整體結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。為確保構(gòu)件厚度與肢長符合相應(yīng)構(gòu)筑標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，施工時(shí)，剪力墻應(yīng)與柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離和區(qū)別。在不同的施工規(guī)范下規(guī)范化施工。如構(gòu)件厚度與肢體比小于3 時(shí)，應(yīng)以柱的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)；構(gòu)件厚度與肢體比大于3 時(shí)，應(yīng)按剪力墻的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃。只有基于遵從指導(dǎo)性規(guī)范的前提下，進(jìn)行剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路編排，才能使剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)得到保障。同時(shí)，因剪力墻受到水平和豎向雙重作用力的影響，在剪力墻設(shè)計(jì)思路的指定中應(yīng)全面分析考慮不同力對(duì)剪力墻的作用。由于剪力與彎矩的雙重影響，剪力墻所要承受的力超出了一定的范圍，故其應(yīng)具備一定的延續(xù)性。

3.2 基于受力的科學(xué)計(jì)算，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合分析水平荷載和豎向荷載的雙重作用，在科學(xué)計(jì)算受力大小的前提下進(jìn)行剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保剪力墻承受荷載和壓力控制在有效的范圍內(nèi)，符合建筑工程的安全性建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)明確分析剪力墻與寬度的數(shù)量關(guān)系和樓層間的最小剪力系數(shù)。從工程建筑剪力墻設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范來看，設(shè)計(jì)剪力墻應(yīng)在降低其自重基礎(chǔ)上，同時(shí)確保剪力墻的抗震、抗風(fēng)能力?；谝话慵袅箓?cè)剛度比較小，在剪力墻設(shè)計(jì)中，應(yīng)布置一定量的大長度剪力墻，或以電梯間大剛度內(nèi)筒的形式來彌補(bǔ)短肢剪力墻的抗側(cè)剛度不足的缺陷?？茖W(xué)化的剪力墻設(shè)計(jì)既保障了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，又提升了建筑的抗震效果。總體而言，剪力墻設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)基于現(xiàn)實(shí)情況，在承受荷載的科學(xué)計(jì)算下，進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些只是剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般思路，還應(yīng)基于工程建筑建設(shè)進(jìn)行深入探究。

4 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體策略

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的初步思路整體上明確了剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向，但如何進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)還需要具體的策略性探討。

4.1 具體分析建筑剪力墻結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)及外形要求

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)在于對(duì)其尺寸數(shù)據(jù)和外形要求的合理把握。不同建筑、不同結(jié)構(gòu)形式中剪力墻結(jié)構(gòu)的形式、建設(shè)要求不同，故其設(shè)計(jì)也會(huì)存在諸多差異，剪力墻結(jié)構(gòu)在橫向和豎向所承受荷載壓力、荷載分布及整體剛度因此也會(huì)有所不同。為了保障剪力墻所受荷載的均勻傳遞，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足剪力墻肢截面高度8 倍于其厚度值的規(guī)范要求。剪力墻結(jié)構(gòu)外形與其穩(wěn)定性有著必然的聯(lián)系。對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以從外形的角度使其更具合理性。一般設(shè)計(jì)中常采用T 型或L 型，這2 種結(jié)構(gòu)很大程度上減輕了墻體自重、縮小了自身體積，側(cè)向剛度也得到了較大幅度的提升，有效降低了施工成本。

4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)中邊緣構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是多層面、多角度的。結(jié)構(gòu)尺寸及外形優(yōu)化設(shè)計(jì)僅是其中的一個(gè)層面，同樣對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化也能達(dá)到建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。具體體現(xiàn)在以下2 個(gè)方面。

1）構(gòu)造邊緣構(gòu)件的約束，在規(guī)定范圍內(nèi)，明確其墻肢長度和箍筋配筋的特征值。

2）剪力墻邊緣構(gòu)件的約束。約束對(duì)象主要是暗柱、端柱和翼墻。對(duì)相關(guān)搭建結(jié)構(gòu)的約束是為了確保剪力墻的剛度，避免層間位移。對(duì)于剪力墻邊緣構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)基于建設(shè)的規(guī)范要求，合理增大邊緣構(gòu)件如暗柱、端柱的截面尺寸。

4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁及大墻肢的優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻連梁是其關(guān)聯(lián)墻肢間起連接作用的梁結(jié)構(gòu)，在墻肢受到極限壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生形變或超筋破壞，甚至影響到整個(gè)建筑的穩(wěn)定性和安全性。對(duì)剪力墻連梁進(jìn)行優(yōu)化，能夠最大限度地縮減連梁受損。在有效范圍內(nèi)降低剪力墻連梁高度是優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種，另外一種是規(guī)范控制剪力墻結(jié)構(gòu)的塑性和增強(qiáng)連梁的抗震強(qiáng)度。對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)延展性進(jìn)行優(yōu)化也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)部分，基于剪力墻的高寬比，規(guī)劃剪力墻的外形形狀?；诩袅Φ母叨龋捎镁鶆蚍侄魏烷_洞技術(shù)，有效控制，使剪力墻結(jié)構(gòu)的受損程度降低【3】。

5 結(jié)語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)建筑工程來講是一項(xiàng)極為重要的工作，基于剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概況，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路探討、具體策略探討，使剪力墻結(jié)構(gòu)得以完善和發(fā)展，從而促進(jìn)建筑工程的特色化建設(shè)。