剪力墙结构的优化设计

剪力墙结构的优化设计（通用10篇）

剪力墙结构的优化设计 篇1

1 剪力墙的布置原则

(1) 平面布置宜简单、规则, 宜沿两个主轴方向或其它方向双向布置, 两个方向的侧向刚度不宜相差过大;宜上、下连续、对称布置。

(2) 门窗洞口宜上下对齐, 成列布置。一、二、三级抗震时, 底部加强部位不宜采用错洞墙, 且所有部位不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。

(3) 当墙肢较长时宜开设洞口, 各墙段间宜设置跨高比大于6的弱连梁。墙肢长度不宜超过8m, 且墙段总高与墙肢高度之比宜大于3。

(4) 剪力墙宜均匀布置在建筑物四周附近、楼体间、电梯间、平面形状变化及恒载较大部位。

(5) 平面凹凸较大时, 宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。

(6) 纵横剪力墙宜组成L形, T形和[形等形状。

(7) 抗震设防烈度为9度的剪力墙结构和B级高度的高层剪力墙结构不应在外墙开设角窗。抗震设防烈度为7度和8度时, 高层剪力墙结构不宜在外墙角部开设角窗, 必须设置时应加强其抗震措施。

2 剪力墙的数量及合理间距

2.1 剪力墙的数量

剪力墙的数量决定着建筑物刚度的大小。对于钢筋混凝土结构来说, 刚度较大的结构一般震害较轻, 但建筑物刚度太大就会影响经济性。一般情况下, 建筑物刚度越大, 经济性越差。控制建筑物刚度的因素有两个, 一是层间位移角, 二是剪重比。一般情况下, 剪重比和层间位移角的大小与结构刚度成正比。因在剪重比偏小的情况下, 有时也会出现结构顶点层间位移角满足规范要求, 剪力墙边缘构件为构造配筋的“安全”假象, 所以把剪重比控制在一个合理范围内, 检查结构的位移、内力及配筋等才有意义。剪重比越接近规范要求的最小值, 结构刚度就越小, 剪力墙数量也就越少, 结构越经济。同样, 层间位移角越接近规范要求的最小值, 结构刚度就越小, 剪力墙数量也就越少, 结构越经济。为使剪重比和层间位移角同时接近规范最小值, 需要科学的优化剪力墙的布置及数量。

2.2 剪力墙的合理间距

在高层住宅中, 开间均较小, 墙体较多, 可一部分墙体采用剪力墙, 另一部分采用加气混凝土砌块隔墙, 根据抗震设防烈度及抗震等级优化调整剪力墙间距。结构体系中剪力墙间距越大, 数量越少, 结构自重及结构整体刚度就会越小, 结构所受的地震力就会越小, 这样结构越经济。但一般剪力墙间距不宜大于7m, 剪力墙间距过大容易引起结构整体刚度偏弱;会造成剪力墙间梁跨度变大、梁截面高度变大及梁配筋太大;而一般剪力墙厚度只有200mm, 与剪力墙平面外相连的梁, 若所配纵筋筋直径太大, 其在剪力墙水平段的锚固长度很难满足规范要求。另外, 剪力墙间距太大, 会造成筏板基础支座间距太大, 这样筏板的厚度及配筋都会增大。

另外, 剪力墙的布置应满足国家规范规定的剪重比、层间位移角、位移比和周期比等整体指标要求, 做到安全适用, 经济合理, 将结构水平位移和地震力控制在合理的范围内。这样设计出来的结构才能既经济又合理。

3 剪力墙的墙肢长度

当墙肢截面高度与厚度之比大于4时均称为剪力墙, 剪力墙分为短肢剪力墙和一般剪力墙。短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4且不大于8的剪力墙。规范中对短肢剪力墙的配筋及在结构中的数量都有明确规定, 在结构设计中特别是高层结构中应尽量少布置短肢剪力墙。

本文在第 (3) 条中已提到, 剪力墙的墙肢长度不宜超过8m;是不是布置剪力墙时墙肢长度只需满足不大于8m即可?这是不经济的。影响墙肢长度的因素有轴压比、层间位移角和剪重比。在满足规范对结构整体指标及轴压比的要求下, 剪力墙的墙肢长度应尽量短。住宅中剪力墙厚度一般为200mm, 那么墙肢长度不小于1650mm即可满足非短肢剪力墙的要求, 故在满足规范轴压比的条件下, 墙肢长度尽量取1650。钢筋混凝土剪力墙的墙肢减短, 除剪力墙自身的混凝土用量及钢筋用量可减少外, 变短的剪力墙可以减轻结构重量, 降低结构刚度, 从而大大降低地震力, 这样框架梁及连梁的配筋可以大大减小, 从而降低用钢量。当然结构外围横向两侧的剪力墙长度需适当变长, 以增加结构的抗扭刚度。

在剪力墙数量及墙肢长度已定的前提下, 为增强剪力墙构件及结构整体稳定性, 剪力墙应带有翼墙, 翼墙的长度应不小于3倍翼墙厚度。

4 结束语

该文从剪力墙的布置原则、剪力墙的数量及合理间距和剪力墙的墙肢长度这三大方面概括了如何进行剪力墙结构的优化设计, 从而使整个结构体系更安全、合理和经济。

参考文献

[1]高层建筑混凝土结构技术规程[S].JGJ3-2010.

[2]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2013.249-294.

[3]全国民用建筑工程设计技术措施.[M].北京:中国计划出版社, 2012.35-43.

[4]建筑抗震设计规范[S].GB50011-2010.

高层建筑剪力墙结构设计优化探究 篇2

【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计

在现代化社会发展中，剪力墙的应用极为广泛，特别是在大高层建筑结构中，其身影更是随处可见，已成为整个建筑领域关注的重点环节。近年来的建筑发展趋势下，为了满足人们对住宅要求的提高，不断地思考和探索新的建筑结构模式已成为建筑业赖以生存和发展的首要内容，也是建筑领域未来发展的主要目标。剪力墙作为高层建筑结构中的主要环节，做好其合理、科学布置与设计极为关键，是最大条件下发挥材料性能的首要环节。

1.剪力墙结构分析

近年来，随着社会发展，钢筋混凝土剪力墙结构也受到业内人士是的重视。这种结构由于在施工中布置灵活、施工工艺简单、整体性效果好、抗荷载能力高以及能有效避免房屋露筋露梁的优势而得到了工程领域工作人员的认可，同时也给建筑结构的发展指明了新的方向。

1.1剪力墙概念

所谓的剪力墙主要指的是建筑结构中能够承载各种水平荷载的一种建筑结构，这种建筑结构又被人们广泛的称之为抗风墙、抗震墙。在目前我们生活中所常见的剪力墙结构主要是用于抗风、抗震性能的一种墙体结构，这种墙体结构在发生地震的时候能够有效的吸收地震能量，防止墙体结构的剪力破坏。

1.2剪力墙结构的条件

剪力墙结构在设计的过程中需要对于地震、风力等发生的等级和发生率提前进行勘察，根据实际情况来设计一个科学、合理的剪力墙结构体系，使得墙体结构能够承受一定的荷载和地震，不至于出现地震就造成倾斜和建筑影响。在剪力墙结构设计工作中，当墙体结构较少的时候，如果墙体结构承受的第一振型底部地震倾覆力矩较小，结构底部的地震荷载是上部结构的1/3左右，这样能够有效地确保工作的合理、健全和完善，从而实现工作体系的综合、系统要求。

2.剪力墙结构设计原则

在目前的剪力墙结构设计中，通常都需要根据建筑工程的施工环境、地质情况、自然情况等多个因素进行综合分析和归纳，从而实现设计工作的合理、科学、有效进行。在目前的剪力墙结构设计工作中，所谓的设计原则主要有以下几个方面：

2.1尺寸控制

在目前的剪力墙结构设计工作中，剪力墙的墙高、宽等尺寸都往往较大，而厚度却不是很小，几何特征是以板结构为主，但是在其受力形态的设计中却是趋向于主体结构的设计要求。但是其与其他的柱体结构却存在着一定的差异，这些差异主要表现在肢长、厚度之间的比值，其比值往往都是小于3的时候应当按照柱体结构的要求来进行设计，而当比值在3～5之间的时候，我们可以将墙体结构判定为是异形柱，从而按照异形柱的设计流程和要求来进行受压构件的设计。

2.2平面构件设计

在剪力墙结构设计工作中，墙体本身就是一个平面构建，它承受几何特征的能力极低，极容易受到外部荷载的影响而出现一定的变化。由于剪力墙结构是一个集水平构建荷载和竖向荷载为一体的受力环节，因此在设计工作中，需要从水平和竖向两个环节入手去归纳和总结，从而使得整个结构体系都出现一定的变化和工作体系。在这种社会发展的基础上，对于剪力墙结构的设计出了令其能够满足基础水平和荷载作用的同时，还必须要能够满足非弹性变形反复循环的延性要求，这一要求的存在对于机构设计的循环型极为关键。

2.3方向设计原则

我们在设计墙的时候，计算时要考虑到墙在纵里和横向延展里的结构下来进行分析计算的。我们在针对剪力墙承载能力的计算中，计算带翼墙的宽度按照门窗与洞口之间的翼缘宽度以及剪力墙之间的距离的最小值来取值，通常都是墙肢总高度的十分之一。

3.剪力墙的特点分类

在我国，剪力墙结构由于其具有抗侧刚度大，侧移小和抗震性好等一系列的特点，目前被广泛地运用到建筑结构设计中，特别是高层建筑。剪力墙的受力、变形特征虽然与框剪结构极其类似，但是它的刚度分配与内力分配比框剪结构更为合理。在国内现有的剪力墙中，如果从剪力墙是否开洞与其开洞尺寸的大小来进行分类，大致可以分为：整体小开口剪力墙、实体墙、壁式框架、双肢或多肢剪力墙四种类型。其中整体小开口剪力墙的开口面积>15%，但仍然属于开洞较小的墙；实体墙则是开洞面积<15%，或者完全没有开洞的墙；壁式框架的开洞尺寸较大，它的连梁线刚度与墙肢线刚度接近；双肢或多肢剪力墙的开洞尺寸同样比较大，有的双肢剪力墙的洞口还可能成列形状布置。

4.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

4.1剪力墙合理定位

剪力墙最好沿主轴方向或其他方向进行双向布置；对于抗震设计的剪力墙结构应特别避免仅单向有墙的结构布置形式。（1）对一般的矩形、L形、T形等平面则沿着两条轴线的方向进行布置。（2）对于部分 j角形平面、Y形平面则可以沿其三个轴线方向布置。（3）对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。

总之，剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、 对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙肢截面宜简单、规则。

4.2剪力墙中大墙肢处理

剪力墙在施工的过程中由于结构本身存在着延伸性要求，因此，结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性，这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下，剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙，且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式，这样一来，极容易出现脆性破坏现象。因此，在设计工作中，对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计，将其分割成为小而均匀的独立情断，这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m 的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生，对于超过 8m 的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。

5.结束语

在高层建筑的不断发展中，为了满足人们对所居住房屋的超高要求，我们在保证其建筑物结构安全的重要前提下，还需要在建筑物的设计层面不断地思考与追求，借鉴国外更高的建筑设计理念与技术，引进新高规和新抗震规范的材料设备，紧密结合我国当前的实际情况，不断提高建筑工程设计水平，尽可能地发挥工程效益。

【参考文献】

[1]董燕，胡执标.浅谈高层建筑结构关键设计问题[J].科技创新导报，2011（11）.

[2]王和平.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].四川建材，2008（05）.

[3]周志敏.有关高层建筑结构设计的研究[J].中国新技术新产品，2011（02）.

剪力墙结构的优化设计 篇3

剪力墙, 其结构具有抗侧刚度大、侧移小, 且抗震性能超好的特点, 在建筑结构设计的很多方面都得到了广泛的运用, 尤其是在高层建筑的结构设计方面。同时, 在建筑结构设计中, 因建筑形式及要求的迥异, 对剪力墙的使用类型、布置位置和尺寸大小的要求也不尽相同, 并且, 目前在许多施工方面还没有明确规定出如何进行正确的施工, 因此, 在设计和构造的过程中, 设计人员除了要根据自身经验做参考以外, 还要遵循一定的构造建筑原则。本文现就根据对剪力墙结构和类型的概述, 对其在整个建筑结构设计中的应用加以分析, 以便建筑结构得到完善和优化, 使建筑行业更好的发展, 提高建筑施工的质量, 保证居民的人身安全。

1 剪力墙结构概述

剪力墙结构, 是一种剪力墙体, 即其建筑墙肢的截面高度与其厚度的比值在5~8范围内;亦是用钢筋混凝土板代替昔日建筑物中承受水平和竖向方向荷载作用的墙体。剪力墙虽有侧移小、防震能力大、抗侧刚度大、承重力强、使室内墙面平整等优点, 在高层建筑中得到广泛的使用, 但是, 高层建筑的墙体也不能完全只是用剪力墙, 一方面是因为剪力墙造价高、施工程序复杂, 另一方面则是过多的使用剪力墙会使建筑物的质量遭到损坏, 从而影响建筑物的寿命。另外, 在剪力墙结构设计过程中还要充分考虑其抗震能力, 要准确把握好剪力墙墙体所承受的地震倾覆力矩与结构承受的地震力矩之间的比例关系。在剪力墙使用数量较少时, 更要把这两者之间的比例控制在一个合适的范围内, 通常会适当的减轻剪力墙墙体承受的倾覆力矩, 同时把减轻的力矩控制在15~40范围内。

剪力墙一般分为四类, 其依据:剪力墙墙体是否开洞或者是开洞尺寸的大小。

1) 实体墙。

实体墙是一种有开洞或者没开洞的墙体结构, 但若开洞则是开洞面积小于15%。此剪力墙主要为曲型变形, 形象地说像一个整体的悬壁墙, 在墙肢高度弯矩图上, 既不存在弯点也不会发生突变。

2) 整体小开口的剪力墙。

这是指开洞面积在15%以内的墙体, 其受力特点:虽会在连梁处发生突变, 但墙体弯矩图则不会产生弯点。

3) 双肢或多肢剪力墙。

即开洞面积过大或者墙体上的洞口呈列状分布。与整体小开口墙的受力特点相似。

4) 壁式框架剪力墙。

这是指墙体开洞尺寸较大, 且其墙肢线上与墙体连梁线上的刚度接近。它的受力特点与其他剪力墙不一样, 它不仅弯矩图会在楼层处发生突变, 而且在建筑的大多数楼层内产生弯点。

2 剪力墙结构的优化设计

1) 优化剪力墙结构设计。

剪力墙长度和宽度尺寸与其厚度相比比较大, 根据构件设计的要求不同, 使用的设计长度与厚度则不同。一方面, 剪力墙结构的厚度。相关规定指出, 剪力墙底部加强厚度为一、二级抗震时最好大于200 mm, 且楼层高度不得小于其1/16, 别的地方则不小于160 mm。为了确保整体的连接并且达到减少墙体厚度的效果, 在剪力墙结构设计过程中, 要具体分析设计概念及要求, 有效的控制墙肢轴压比例, 如表1所示。另一方面, 墙体长度。剪力墙墙体高度即为墙体截面高度, 其长度不应超过8 m。确保剪力墙结构的延性是设计剪力墙结构的关键。若要是避免脆性的剪切破坏, 可将剪力墙设计成高宽比大于2的细高剪力墙结构。但有时由于墙体本身长度很大, 要想保证比值大于2, 就可以采用开洞的方法将其变为均匀的连肢体墙, 而其洞口采用约束弯矩比较小的弱连梁的效果较好。

2) 优化剪力墙结构计算。

首先, 调整建筑物楼层之间的最小剪力系数的原则。在建筑施工过程中, 为了达到降低建筑物自身重量和增加建筑承受地震的能力的效果, 应该在不超过规定系数范围内尽量地减少剪力墙的使用数量, 以便于把楼层的最小剪力系数控制在设计要求所规范的限制内。其次, 剪力墙连梁超限的调整原则。此原则主要是要求在进行剪力墙的设计过程中, 根据剪力墙结构设计标准, 其连梁的跨高比值一般情况下要大于2.5, 若其比值在2.5以下的话, 容易出现墙体的弯矩和剪力值超出有关技术所规定的限值的状况。另外, 绝大部分剪力墙的连梁跨度会超出比值到5, 此时就需用框架梁的方式来完成其连梁的建设。而对于超出比值在5~6范围内时, 要想确保其墙体不发生刚度变化, 则剪力墙的剪力或弯矩就会出现异常, 超出其结构设计规定的要求。因此, 在进行剪力墙结构设计时, 对剪力墙连梁的超限进行调整, 实现有效的对建筑工程投入的资金成本进行控制。最后, 建筑物楼层层高与层间最大位移之间的比例调整原则。在对遭遇地震作用影响较多的建筑楼层进行最大弹性层间位移值规定和规范时, 把以变形为主要形式的高层建筑排除在外, 且计算其他建筑时可不扣除其整体的变形弯曲, 而转换为扭转变形的计算。其中, 竖向构件数量是控制剪切变形的决定性因素, 但是, 竖向构件不能过多使用, 否则会引起结构的扭曲变形。因此, 在对高层建筑进行结构设计时, 应该尽可能的缩小扭转变形。

3) 剪力墙结构的应用。

首先, 剪力墙的平面布置。在其平面布置中, 应尽可能的依据对称、均匀的原则, 尽力使墙面结构本身的刚度和质量中心完全重合进行布局, 从而达到较少扭矩的效果;而对内外剪力墙来说, 则应尽量拉通、对直;在抗震设计要求情况下, 剪力墙应避免仅采用单向有墙的布置形式;另外, 还应控制剪力墙的抗侧力刚度, 来增加剪力墙的利用空间和承载能力;还应注意剪力墙的间距不应过密。其次, 约束边缘构件处理。剪力墙的边缘构件大体上分为两种, 即无约束边缘和有约束边缘的构件, 两者相比较, 则无约束边缘的矩形截面积的极限承载力约降低40%, 极限楼层位移角将减少一倍, 对地震能量的消耗也会有所减少, 并且会对墙板的稳定造成影响。由此可见, 在构件设计选择时, 应严格根据不同级别和类型的剪力墙的相关轴压比进行分析, 从而选取相应的边缘构件。最后, 剪力墙墙身钢筋分析。国家对剪力墙的水平和竖向分布筋的配筋率做出了相关的规定, 比如, 一二级抗震建筑物的设计应保证小于0.25%, 而对于非抗震和四级抗震的设计不应低于0.2%。另外, 这个配筋率在有关规范性文件中都有提到。

3 结语

为了满足我国建筑行业及其施工科技技术完善的市场需求, 虽然剪力墙构件设计已经得到了广泛应用, 但在实施建设施工过程中, 我们还是应该依据其基本概念进行设计, 并且重视和认真把握设计中应遵循的应用要求和调整原则, 进一步的选取合理的剪力墙长度、宽度及厚度, 使设计得到最佳效果。另外, 设计人员还应进行不断的学习和创新, 只有两者结合, 才能保证建筑结构的稳定、经济、安全, 有效缩小工程成本, 从而促使我国建筑行业健康、和谐、可持续发展。

参考文献

剪力墙结构的优化设计 篇4

【关键词】剪力墙结构；建筑结构；应用分析

随着城市化进程的不断加快，我国的建筑行业也在蒸蒸日上，因此人们为了保障建筑工程施工质量和建筑结构的稳定性，人们也将一些新型的建筑结构设计应用到其中。而剪力墙结构的应用，不仅使得建筑结构的刚度和抗震性能得到进一步的提高，还使得建筑工程施工的效益得到增強，因此在当前建筑工程施工中剪力墙结构就得到人们广泛应用。不过，在当前我国建筑过程建筑行业发展的实际情况来看，我们在对剪力墙结构设计的过程中，并没有统一的规范方案，这就使得在不同建筑工程施工中，剪力墙结构的大小和尺寸都存在着一定的差异。为此，我们在建筑工程剪力墙结构设计的过程中，一定要对其质量进行严格的要求，只有这样才能使得建筑结构的性能得到进一步的提高。

一、剪力墙结构设计的原则和标准

目前在建筑工程施工的过程中，剪力墙结构已经得到了人们的广泛应用，这不仅使得建筑结构的刚度和抗震性能等方面得到进一步的提高，而且施工工艺也比较简便，满足了现阶段建筑行业发展的相关要求。从而使得剪力墙结构的优点可以得到充分的发挥，因此我们在对其进行设计计算的过程中必须要遵守以下几个设计原则和标准：

第一，在一般情况下，剪力墙结构的高度和宽度都比较大，其受力情况和柱形体结构相似，因此我们在对其进行设计的过程中，一定要根据建筑结构的受力特点，来对剪力墙结构的高度、宽度和跨度之间的比值进行确定。

第二，在建筑工程施工中，剪力墙结构平面内的刚度和承载能力较强，而平面外的刚度和承载能力就比较弱，这就使得人们在对其进行设计的过程中，基本上不对其外在刚度和承载能力进行验算，而是采用相关的防护措施来对剪力墙结构进行相应的处理，以避免剪力墙结构在使用的过程中受到外界环境因素的影响，而出现质量问题。

第三，目前我们在对其建筑剪力墙结构进行设计和计算的过程中，设计人员除了要对墙体结构的水平和垂直方向的作用力进行确定以后，还要对整体结构截面的承载能力进行分析，只有这样才能使得剪力墙结构在使用时，可以很好的满足建筑设计的相关要求。从而使得建筑结构的质量和稳定性，都得到了进一步的增强。

总而言之，在建筑剪力墙结构进行设计的过程中，遵守剪力墙结构设计的原则和标准有着十分重要的意义，只有这样才能有效的保障建筑剪力墙结构的质量，从而满足了现代化建筑设计的要求，使得建筑结构的稳定性和安全得到进一步保障。

二、剪力墙结构在建筑结构设计中的主要应用

由此可见，在建筑工程施工中，剪力墙结构有着许多的优点，它可以使得建筑结构各方面性能得到有效的提升，因此得到了人们的广泛应用，下面我们就对剪力墙结构在建筑工程中的实际应用情况进行介绍。

（一）剪力墙肢种类和具体结构设置

剪力墙墙肢的分类主要是根据墙肢厚度和高度比来划分的，主要有两类：短肢剪力墙和一般剪力墙。如果剪力墙高度超过其厚度的7倍时，就是一般剪力墙，如果剪力墙高厚比值在5-8之间时，就是短肢剪力墙。此外，剪力墙还可以根据其墙面开口大小的状况来分为整面剪力墙、整体小开口剪力墙、连肢剪力墙以及壁式框架等这几种。

一些高层建筑大多爱用剪力墙结构，尤其是那些建筑都需要较大的空间工作能力，因此，其剪力墙结构的设置就需要设计成双向的，从而形成新的开工建设结构，在抗震区域的建筑物中的剪力墙结构就更要如此设计了。此外，对于剪力墙双向的墙体刚度最好要接近，其墙面受力要均匀，也要采取一定的措施来调整剪力墙的刚心，确保剪力墙的稳定性以承载性。另外，如果剪力墙出现平面外弯的现象，就要改变其结构设计或者添加装置来缓解这种现象，进而确保梁端安全。

（二）剪力墙结构长、厚度及配筋

根据上面所说的剪力墙结构设计原则，剪力墙结构的厚度及配筋也有相关的规定和标准。根据建筑抗震相关资料的要求规定，剪力墙结构的厚度和长度也要根据抗震等级系数来调整。据相关规定，为了保证剪力墙结构的稳定性、抗震性以及钢性，剪力墙结构厚度的最小值为200mm，而且其高厚比要小于1/6。也就是说，居住建筑物的剪力墙结构厚度一般要小于200mm，其高厚比也要符合要求。如果一些高层建筑物的剪力墙结构厚度和长度出现比值不均，在不满足条件的情况下，就要采取L、T形截面剪力墙代替一字形剪力墙，并增加其翼缘长度或者采取其他方式，使得剪力墙结构满足其设计构造原则和要求。对于一般剪力墙结构中的水平和垂直风险上的配筋比值而言都要大于1/400，部分剪力墙底部加强部位的配筋比值也要大于3/1000，其他特殊情况下的剪力墙结构的配筋比也要根据实际情况来调整。

（三）剪力墙边缘结构

根据以往剪力墙结构试验结果，剪力墙结构的边缘约束性截面剪力墙比无约束性的截面剪力墙的极限承载力要大2/5还要多，而其抗震消耗能量也多有1/5，且墙面的稳定性也要好很多。因此，对于剪力墙的边缘结构而言，就要根据其设计使用效果和相关承载力的规定来决定其墙体边缘是设置约束性边缘结构还是非约束性边缘结构。

（四）剪力墙连梁结构设计

剪力墙肢之间相连接的梁体就是剪力墙的连梁，而剪力墙的连梁装置能够均衡墙肢的水平负荷力，并能够对剪力墙肢起到一定的约束和稳定的作用，因此，剪力墙之间的连梁装置对剪力墙的整体结构有着非常重要的作用。对于剪力墙的连梁结构来说，其结构的高度和截面大小受到很多因素的影响，一旦设计出现失误，或者不合理的地方，就会影响整个剪力墙的结构设计。因此，在设计剪力墙连梁结构时，其设计师要主要对剪力墙的连梁结构的刚度按照相关规定进行一定的折减，对于剪力墙连梁结构的跨度要略加，对于高度要略减，从而减少结构刚度，缓解地震作用力的影响。此外，设计师也要适当增加剪力墙结构厚度，进而增加连梁截面的宽度，使得剪力墙连梁结构装置能够发挥其最大的优势和特点，保证其承载力和抗震力度。

三、结束语

综上所述，目前在建筑工程施工中，剪力墙结构一定得到了人们的广泛应用，因此我们在对其剪力墙结构设计的过程中，就要按照工程施工的实际情况和相关要求，来对其进行合理的设计和安排。只有这样才能使得建筑结构的工作性能得到全面的提高，使得建筑整体质量和安全得到有效的保障。

参考文献

[1]孙国华，顾强，齐永胜，方有珍.钢板剪力墙结构的剪切变形分析[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2013（02）.

高层建筑剪力墙结构的优化设计 篇5

一般情况下, 剪力墙结构具有整体性好、结构的刚度大特点, 而在水平荷载的作用下也不容易发生变形现象。因此在设计计算剪力墙时要从竖向作用于水平作用下对结构进行整体性分析, 对梁框架的剪力墙进行两次计算, 分别是调整计算和不调整计算, 并根据实际情况来搭配筋设计。在剪力墙中要注意连梁跨高比高于2.5, 不然的话在建筑中就很容易出现剪力情况, 甚至会造成弯矩超出规定的范围。而在调整之后剪力的设计值与连梁的弯矩不得比使用的状况值低, 同时也不能比设防烈度地震组合的弯矩设计值低, 否则在实际中就会造成一定的危险。在控制剪切变形时要根据构建的数量来确定, 在高层建筑中要尽量的减少发生扭转变形, 但同时也要注意避免竖向构建刚度。在实际设计工程时, 存在着一种现象, 那就是当建筑的某一个方向的层间位移没有满足相应的规范要求时, 设计人员就会增加其侧向的刚度。在自身平面内楼板的刚度可以看做是无限大, 但是在平面外面的刚度很小, 也可以忽略不计。还可以根据结构的类型和相应的受力情况, 在洞口两侧加强边缘部分与剪力墙的两端部分需要根据墙肢在重力作用下压轴比界限与加强部位的要求, 进行约束边缘构造设计与构造设计。

2 高层建筑剪力墙结构的优化设计措施

2.1 重视转换层的结构设计

根据人们对建筑的需求, 在现代条件下, 人们更加重视建筑的功能性, 在使用功能上, 建筑的上层和下层也有不同的机构设置。所以在布置高层建筑的结构时, 就需要考虑到一定的变化性。在设计布置时, 尤其需要设置好转换层的结构。这样在实际中就需要重视起设计剪力墙结构的工作, 在高位转换底部的大空间中, 结构比较复杂。这主要是由于在转换高位的时候, 升高质量与刚度都较大的转换层, 就需要对其进行有效的调整, 使其本身和上线的刚度接近一致。但是对于转换层来说, 其本身的刚度和质量都不宜太大, 在最后检查转换层的附近层间位移角是否达到了一种均匀的分布状态时, 还需要处于一种水平条件下, 来对空间做出精确的分析, 对其均匀情况进行检查。在实际设计时采用了转换层的结构设计形式时, 需要选择那些刚度和重量都偏小的材料, 而在实际计算时, 还要多加选择组合数据中的振型数。这样就可以通过计算来发现存在于结构设计中的薄弱环节, 之后就可以分析内力的分配特点来进行研究, 科学的改善设计中薄弱部分的性能, 并对构件配筋做出合适的调整, 以改善薄弱部位的性能, 保证高层建筑的结构安全。

2.2 有效的优化连梁设计

在对连梁抗震性与非抗震性设计时, 从高跨比上来分类主要有两种, 分别是高跨比大于2.5与小于2.5两种, 同时这也对受剪承载力与截面的配筋有着相应的规范要求。因此在对连梁设计时可以采用两种方式。首先是在开始计算内力之前, 要先拆减连梁本身的刚度。其次是在计算内力之后, 还需要在连梁的弯矩组合与剪力上乘以折减系数。在计算的时候还需要注意的是, 无论采取哪种算法, 在实际使用时都需要来确定相应的剪力和弯矩设计值, 并且这个数值要比调整之后的数值要小。另外, 在设计弯矩的时候, 也要根据低于预防烈度一度地震组合值来获得, 这样就可以保证在正常使用情况下, 或者是出现小型地震时, 可以有效的预防裂缝, 最终保证高层建筑的结构安全。

2.3 优化设计上下部的结构

在高层建筑中, 如果要把两种具有不同结构形式的力实现准确的传递, 在实际中首先就需要来考虑刚度的突变, 在转换层的上下结构中, 也可以运用两种方式来解决刚度的突变问题。⑴减少结构上部的刚度, 具体来说就是在实际设计时, 在上部结构中尽量的少设置剪力墙结构。而在上部结构符合相应的压轴比后, 要尽量的缩短墙肢。⑵加大下部的刚度结构。在高层建筑满足相应的功能需求后, 就可以在较大的空间层之中来设置一定的落地剪力墙结构, 但是要均匀的布置, 避免集中布置。其次, 针对转换层的上下部刚度也要合理的选择。剪力墙转换的刚度如果过大, 在实际中就会增加对地震的反映能力以及要提高竖向的刚度要求, 但是这样就会增加材料用量, 在经济上是不合理的。剪力墙的转换层刚度如果过小, 在实际中也很容易出现沉降现象, 这样就会在水平结构和上部结构中出现和明显的次应力现象, 增加配筋的使用量。其中一个最突出的表现就是正交主次转换梁与次梁之间的转换, 而此时, 就需要来合理的选择截面的尺寸, 还要考虑刚度是否达到了相应的设计要求。

2.4 合理的控制设计成本

在高层建筑剪力墙结构设计中, 需要注意很多问题, 不能忽视每一个细小的问题, 否则就会给建筑质量造成不利的影响, 甚至是造成人身生命安全事故。因此在设计剪力墙结时, 框架结构中各种部件长度都要达到相关的规范要求, 避免误差。而在抗震方面, 也要保证抗震墙的耗能能力与延伸能力, 进行合理的配置。另外, 在施工过程中还要合理的设置边缘的构建。在建设高层建筑时, 花费的成本也很高, 所以在实际中, 就要注意到每个建筑环节的消耗, 尽量的把成本消耗控制在一定的范围内, 节约成本, 提高建筑的经济效益。因此在实际采购原料时, 就可以选用具有高强度的钢筋, 以减少使用的钢筋数量, 节省材料采购资金。而在计算各种消耗成本时, 也要从实际建筑情况出发, 保证各种数据的精确性, 避免由于计算错误而增加建筑成本。

3 总结

综上所述, 高层建筑剪力墙结构的优化设计中, 不仅需要做到建筑价格的外部结构美观、简洁, 抗侧刚度大, 还要在建筑过程中对成本进行合理的控制, 降低工程的造价。同时也保护周围的环境, 促进经济的持续发展。这就要求在设计高层建筑剪力墙结构时, 要重视转换层的结构设计, 并有效的优化连梁设计, 同时也要优化设计上下部的结构, 并合理的控制设计成本, 保证高层建筑的结构安全。

参考文献

[1]郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].建材技术与应用.2011, 21 (14) :57-60.

[2]葛勇.对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J].建材与装饰 (中旬刊) .2010, 10 (31) :95-96.

[3]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑.2011, 04 (12) :46-47.

[4]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材.2010, 23 (04) :133-134.

[5]薛运飞, 马晓霞.谈剪力墙结构设计中的几个问题[J].陕西建筑.2011, 03 (04) :188-189.

剪力墙结构的优化设计 篇6

1 剪力墙的结构设计及相关内容

1.1 结构设计的基本流程

我国从事建筑行业的人员比较多, 对于一些从事结构设计的设计师来说, 主要遵循的操作流程如下: (1) 根据使用者对该建筑物的基本功能需求以及该建筑物的结构和承载能力等相关特点设计, 设计的要点是保证建筑物既经济、实惠, 又功能齐全。 (2) 在框架剪力墙结构中, 剪力墙的布置水平和横向、竖向结构的部件组成需要满足建筑物在设计过程中所要求的基本条件。 (3) 依据相关经验判断剪力墙的结构尺寸, 并使用常规的设计软件计算建筑物内部所需要的内力。 (4) 查看计算出的数值是否符合我国建筑相关标准。一旦出现不满足的情况, 及时调整参数, 直到满足为止, 并在此基础上, 根据当地 (本文以新疆乌鲁木齐的地质条件为例) 的地质条件制订基础的设计方案。

框架结构的高度比较低 (不能够超过60 m左右) , 而框架剪力墙结构的高度比较高 (能够达到150 m左右) , 因此, 框架剪力墙结构中剪力墙的布置和结构优化显得尤其重要。

1.2 框架部分与剪力墙部分协同工作

框架剪力墙结构主要包括框架部分和剪力墙部分, 这两部分都具有承担水平荷载的作用。框架部分偏重于承担竖向荷载, 而剪力墙部分偏重于承担侧力构件部分的荷载。相关资料显示, 在水平荷载的作用下, 框架部分的建筑楼层越高, 其建筑层与层之间的位移会越来越小;相反, 剪力墙部分的建筑楼层越高, 其建筑层与层之间的位移会越来越大。因此, 框架剪力墙结构是通过楼板将框架部分与剪力墙部分连接起来, 从而使这两部分能够相互协作, 具体表现为在建筑楼层的高处一起变形, 起到抵抗水平荷载的作用。

2 剪力墙的最优布置研究分析

2.1 剪力墙的平面布置原则

框架剪力墙结构中剪力墙的平面布置原则为剪力墙的平面形状应比较简单, 规则比较对称, 刚度的分布比较均匀等, 从而能够减少承重力的偏向。框架剪力墙结构的主要设计方向是双向抗侧力结构体系, 主体之间结构部件体系之间的连接尽量少采用铰结方式。

2.2 剪力墙的最优布置原则

框架剪力墙结构中剪力墙的最优布置应该遵循以下几个原则: (1) 剪力墙应该与建筑物周围的电梯间或荷载比较大的部位对称, 并在抗震的裂缝处和伸缩裂缝处进行不同位置和不同方位的设计布置。由于乌鲁木齐地质条件具有三面环山、北部平原开阔、一级地势起伏悬殊等特点, 因此结构设计师在选择剪力墙的布置位置时要考虑到其本身所具有的特殊性, 比如在乌鲁木齐的山地处架设剪力墙。 (2) 当平面形状凹凸不平时, 结构设计师应该选择在平面凸起的部位布置剪力墙。例如, 乌鲁木齐的南部和东北部较高, 因此, 在布置剪力墙时应该重点选择南部和东北部这两个主要方向。 (3) 鉴于建筑功能的基本需求, 在布置相关剪力墙时要充分考虑到建筑物的基本功能, 当在横向和竖向上都无法满足剪力墙的布置时, 应该采用支撑的抗侧力结构布置, 尽量向接近竖向或横向的两个方向移动。 (4) 剪力墙的布置需要遵循基本的“对称、均匀”规则, 其刚度应接近单片的剪力墙, 较长的剪力墙应该布置在洞口和连梁处, 长度最好不要超过8 m。 (5) 在布置竖向的剪力墙时, 要充分考虑到墙体的中间结构部分。如果建筑物比较长, 不应该在建筑物的两端设置剪力墙。 (6) 纵向与横向之间的剪力墙应该呈现出封闭型或T形型式。 (7) 剪力墙的厚度一般不小于160 mm, 大约占建筑物楼层层高的5.1%.

3 结束语

综上所述, 由于现阶段我国一些重要城市的土地资源贫乏, 为了节省成本, 最大限度地利用好现有的资源, 设计好相关的框架剪力墙结构已成为结构设计师的主要目标。传统的工程设计主要依据的是以往的工作经验, 对于一些相类似的建筑工程设计, 设计师只是简单地模仿, 这既不利于建筑设计师思维的拓展, 也不利于经济效益和社会效益的最大化。因此, 应该加强对框架剪力墙结构中剪力墙的布置和结构优化研究, 以期为我国建筑业的可持续发展作出贡献。

参考文献

剪力墙结构的优化设计 篇7

1、高层建筑结构定义

通常我们会把超过一定楼层数或一定的高度的建筑称之为高层建筑。对于高层建筑的海拔高度设定各国的要求不一样, 标准也就不一样。在这里, 我们主要了解我国对于高层建筑结构的定义。

在中国, 以前的相关规定, 八层以上的楼层建筑都称之为高层建筑, 而就现在来看, 将近二十层的楼房被称之为中高层, 三十层楼层的房屋将近一百米高称为高层, 而五十层左右的楼房大于两百米的被定义为超高层。在新的《高层建筑混凝土结构技术规程》里的规定是这样:十层及十层以上或高度超过二十八米的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑楼房高度超过一百米时, 则称之为超高层建筑。

中国的房屋六层及六层以上就必须需要安装电梯, 对十层楼层以上的房屋就必须得有特殊的防火措施, 所以中国的《民用建筑设计通则》 (GB50352—2005) 、《高层民用建筑设计防火规范》 (GB50045-95) 中将十层及十层往上的住宅房屋与房屋高度超过二十四米的公共建筑和综合性建筑都统称之为高层建筑。

2、高层建筑结构的概念设计

1) 高层建筑结构的概念设计含义

高层建筑的结构概念设计是指在高层房屋设计中利用概念的方法来进行判断和推理、创新决策的一个过程。通常包括了设计中运用到的材料、风荷载能力、结构的形体、节骨点, 构型的选择方面, 同时也包括了关于计算参数、计算方法的使用, 以及对于结果的判断、选择以及调整。另外还包含了高层建筑结构的制造和安装过程的详细策划等等。但是概念设计有一个弊端就是高层建筑中提出的新的理念, 它其实是缺少一个专门的理念支持的, 所以还要结合在实践中的不断经验应用、研究、总结和积累。

2) 高层建筑结构的意义

房屋概念设计它的意义就在于:第一, 是对于传统教学方式的补给, 传统的教学式主要是老师来规划题目、设计参数, 学生计算、绘图。其实这样一方面的确是提高了学生的执行能力, 但是另外一方面是忽略了让学生主动探索、选择、创新、决策能力的培养, 所以在对房屋概念设计中, 除了要精确的计算方式还要拥有灵活的概念设计思想。第二, 对于一般设计经验的总结和升华, 我们通常的高层设计都是凭借经验或者是总工程来定夺, 但是这就造成了一般设计人员没有能够履行自觉的进行概念设计, 这样是比较难进行对于理论的实践升华的, 所以每个设计师都应该自觉的履行概念设计的职责, 探索新的设计思路。第三, 推动社会的进步, 现在社会上追求的粗放型的发展, 就会对于房屋设计质量进行自觉忽略, 只追求工程量, 不注重降低标准会对安全造成很大的隐患。人口数量的不断剧增, 造成很多压力包括环境方面的压力。所以概念设计的就是要对于这些问题进行正确的引导跟合理规划。

二、高层剪力墙结构及优化

1、高层剪力墙结构

说到高层建筑不得不说下人们越来越重视的在高层建筑中剪力墙的结构优化设计。剪力墙结构在整个建筑物中是很重要的形式之一, 其优点主要是防风, 抗震还有就是经济性能高等优点。一方面能保证建筑的功能性和安全性, 另一方面又能节约成本。剪力墙分为两种, 一种是平面剪力墙另一种则是筒体剪力墙。前者主要是用于钢筋混凝建筑或是无梁建筑结构, 普遍用于相对于低层的建筑物。后者主要用于高层建筑结构当中, 通常也是钢筋混凝土浇筑而成, 有利于剪力墙防风荷载和抗震的性能。

2、高层剪力墙结构的优化

剪力墙的用钢量是在整个住宅建筑标准中含钢量的百分之四十五到百分之六十五。用在剪力墙边缘的结构部件的含钢量约有百分之三十到五十左右, 所以对于经济指标来说, 是取决于剪力墙的好坏的。按常规, 剪力墙的安置规则是如何尽量减少其数量和考虑减少其边缘的那些部件来尽可能的获得建筑物最大的抗侧, 抗扭的刚度, 而另一方面又能减少一部分经济的支出。

剪力墙的结构优化我觉得应该分为以下的几点:第一, 加强周边力量, 减弱中间的力量, 就是说把剪力墙安置在周围的房屋围护墙结构处, 如果有必要, 就在房屋的窗台之间设置高梁来提升整体的刚度。像比如电梯楼道间的剪力墙作为建筑物中部的剪力墙就可以适当减少一些, 这样更有利于提高主体建筑机构的抗扭度。第二, 尽量多添加和均匀长墙, 减少短墙的设置, 但长墙长度都应该小于等于八米, 不得超过八米。在保证各个墙体的承重能力下, 应该精心挑选有利于承受水平竖向荷载的间隔墙作为剪力墙, 但是要尽量拉大剪力墙的间距, 避免了在同个小区域布置了多条剪力墙。通过加长剪力墙的高度, 来减少剪力墙的重复设置, 有利于提升整个建筑结构的抗扭性和灵活性。能够使剪力墙破坏的模式主要是剪跨比和轴压比, 只要剪跨比不要小于二, 轴压比在正常范围里面, 那么高层的剪力墙就算墙长大于了八米, 剪力墙的剪跨比一般都是会大于二的, 也就说明能够满足其延性破坏的要求。但是要避免个别墙肢作为长墙, 如果因为个别墙肢相对较长, 而其余的墙肢较短时, 有时就会引起其余结构不能起到第二道抗震的防线, 就会制造安全隐患。第三, 就是剪力墙在设置时尽量设置为“L”、“T”、“十”字型, 应该要避免设置形状过于复杂曲折。第四, 应该设置连续性的剪力墙, 比如多一些半框设计在里面, 更能减少空间的复杂, 可以说是化繁为简。第五, 剪力墙的厚度应该跟随其高度的变化较为均匀的做出适当变化。

三、结语

综上, 合理的概念设计和结构优化对于剪力墙的升级有着很重要的意义。我们不仅仅要有按着某些已成文的设计参数的精确执行能力, 还需要有着对于概念设计的思维。对于结构优化, 我们要化繁为简, 考虑周全, 能够在不浪费的情况下做到既能对建筑设计有很好的启迪, 又能满足建筑的安全性达到更高的要求。

参考文献

[1]凃浩.高层建筑的结构优化设计研究[J].信息化建设.2016 (01)

高层住宅剪力墙结构优化设计 篇8

关键词：剪力墙,结构布置,经济性,结构计算

0 引言

在高层住宅的各类结构体系中, 剪力墙结构由于经济指标最好, 而成为高层住宅中最主要的结构形式。鉴于该结构形式量大面广, 而开发商更加注重成本的控制, 因此, 怎样用最少的资源设计出既符合建筑使用要求又能保证安全的结构成为每位结构设计人员必须考虑的问题。

剪力墙结构的经济性由梁、板、剪力墙的布置决定。楼屋盖主要承受竖向荷载, 同时肩负着传递水平荷载的作用。如果剪力墙的间距过大, 势必增大楼屋盖的负担, 影响水平力向剪力墙的传递。因此, 剪力墙的间距受到了限制, 相应也限制了梁的灵活布置。所以, 剪力墙结构的经济性主要取决于剪力墙的合理布置。

1 剪力墙结构布置

剪力墙结构的布置应遵循的原则:刚度适中, 平面布置宜简单、规则, 竖向刚度变化均匀, 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐, 剪力墙的长度适中。详细的措施如下:

1) 结构布置尽可能的对称。结构的对称与否与建筑的平面布置息息相关, 对称的建筑很容易实现结构的对称布置, 而不对称的建筑平面布置, 如平面形式为曲线形、折线形、T形、L形等高层住宅建筑, 则应力求实现内部结构的基本对称, 这主要取决于结构设计人员结合建筑的平面布置和使用要求精心的进行结构布置, 具体方法为:通过调整电梯剪力墙筒体和剪力墙的布置, 使结构的刚心和质心尽可能的接近, 从而减少结构的扭转效应。不对称的结构布置, 必然两侧的刚度不等, 在水平侧向力的作用下, 刚度大的一侧变形小, 刚度小的一侧变形大, 导致结构产生扭转, 结构的扭转进一步削弱了结构抵抗侧移的能力。

2) 同一主轴方向各片剪力墙的刚度宜均匀。同一主轴方向各片剪力墙的抗侧刚度尽量均匀, 避免在某个部位设置过长的剪力墙。如果个别墙肢过长, 当地震发生时, 较长的墙肢由于其刚度较大, 会吸收较多的地震能量, 应力集中现象特别突出, 很容易首先发生破坏, 进而引起与其相连的其他墙肢的破坏, 直至结构发生倒塌。同一主轴方向各片剪力墙的刚度均匀, 在水平力作用下剪力墙的应力分布均匀, 剪力墙的延性要求更容易实现。

3) 尽量避免设计成一字形剪力墙。一字形剪力墙由于没有翼墙的约束, 平面外刚度很小, 承受平面外的力时, 很容易丧失稳定, 因此, 剪力墙结构中应尽量避免设置一字形剪力墙。在布置剪力墙时, 为了符合建筑设计的要求, 必须设置一字形剪力墙, 则一字形短肢剪力墙应采取比带翼墙短肢剪力墙更严格的抗震措施 (轴压比限值再降0.1) 。

4) 负荷面积相同的剪力墙轴压比宜接近。在竖向荷载作用下, 负荷面积相同的剪力墙其轴压比应接近。为了控制成本, 应使各墙肢的轴压比接近JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程 (简称高规) 的限值规定。轴压比相差较大, 柱的变形相差较大, 为了保持变形的一致, 必须通过剪力墙连梁或者框架梁来调整, 势必增大梁的配筋, 给来的配筋带来一定困难。

5) 结构沿竖刚度均匀分布。底部的剪力墙承受的压力最大, 为了满足轴压比的要求, 底部应设置较厚的剪力墙, 而上部剪力墙承受的压力小, 剪力墙的厚度相对小一些, 而且, 剪力墙的厚度宜均匀变化, 否则, 在厚度突变处, 产生应力集中, 首先遭受破坏。

2 结构计算

2.1 结构试算

一般可先根据建筑的布置, 初步确定建立几个标准层, 然后进行结构的组装;计算时可先不考虑地震作用, 查看剪力墙单独在竖向荷载作用下的轴压比情况, 要求各墙肢的轴压比应当均匀;否则, 应采取调整剪力墙墙肢长度、厚度及混凝土强度等级, 进行结构的二次分析, 其结构应符合《高规》中关于层间位移、周期比、位移比等反应结构整体计算指标的要求。

2.2 结构计算二次调整

若周期比、位移比不满足《高规》的要求, 则应采取下列措施:1) 增大结构外围剪力墙的刚度, 进而提高结构整体的扭转刚度;2) 减小结构中部剪力墙的数量或者改变中部剪力墙的布置, 使得结构的平动周期增大, 进而间接达到减小周期比、位移比的要求;3) 查看结构的空间振型图, 找到位移相对比较大的位置, 并在该位置布设剪力墙, 重新进行结构计算使其层间位移、周期比、位移比等指标符合规范的要求。

2.3 结构计算中典型问题的处理

1) 连梁超筋。连梁主要承受水平荷载, 竖向荷载一般不起控制作用。在水平荷载作用下, 连梁经常出现超筋现象, 采用增大截面法的措施效果不好, 应降低连梁刚度, 进而减小地震作用, 具体可采取下列措施:加宽洞口, 增大梁的跨高比;降低梁高;容许开裂, 对连梁刚度进行折减。

2) 为了避免设计成短肢剪力墙, 对于厚度为200 mm的剪力墙, 墙体长度设计成1 600 mm~1 700 mm就不合适, 若必须设计成短肢剪力墙, 那么短肢剪力墙所占的份额不应太大。

3) 避免楼面梁与剪力墙平面外相交。剪力墙平面外刚度及承载力较小, 如必须设置与剪力墙平面外相交的楼面梁, 则应在墙体的相应位置设置暗柱、扶壁柱或者沿梁长方面设置剪力墙。

3 控制建筑结构成本的方法

3.1 填充墙采用轻质高强材料

填充墙采用轻质高强材料, 一方面可以减轻梁的负担, 减少梁的配筋量;另一方面, 结构总体刚度降低, 承受的地震作用减少, 基础造价降低。剪力墙边缘构件、梁、板采用高强钢筋, 可以减少钢筋用量, 降低工程总造价。

3.2 精细的荷载计算

在结构的荷载计算过程中, 墙体的荷载计算出入最大, 其原因主要是关于门窗洞口的荷载折减多少的问题, 折减的太多可能不安全, 折减的太少, 墙体荷载偏大, 梁的配筋较多, 不经济。因此, 墙体的荷载计算应当精细, 可以根据洞口面积与墙体总面积的比值的大小进行折减, 当洞口面积所占比例较大时, 应当另外考虑窗体的自重。

3.3 精细的结构计算与合理的结构布置

1) 当剪力墙仅考虑竖向荷载作用下, 各墙肢的轴压比尽量接近;2) 墙体厚度较大时, 连梁或者框架梁的宽度可以不与梁同宽;3) 沿竖向剪力墙厚度变化宜均匀;4) 在确保结构具有足够的承受竖向及水平向荷载能力时, 剪力墙之间的间距尽量拉大;5) 各墙肢之间应由框架梁或连梁链接, 避免出现悬臂墙肢;6) 层间位移角接近《高规》中的限值。

4 工程实例

4.1 工程概况

某工程地上18层, 地下1层, 本工程总建筑面积10 374.57 m2, 建筑高度54.4 m, 标准层结构布置图详见图1。设计基准期为50年, 设计使用年限为50年, 建筑结构安全等级为二级, 结构重要性系数为1.0。抗震设防烈度6度, 设计基本地震加速度值为0.05g, 水平地震影响系数最大值为0.04。场地类别Ⅰ1类, 设计地震分组第一组, 特征周期为0.25 s。墙柱混凝土强度等级:基础顶面-9.000 m混凝土强度等级为C35, 9.000 m以上混凝土强度等级为C30。梁板中的受力钢筋采用HRB400级钢筋, 分布钢筋采用HPB300荷载按规范取值, 墙体采用烧结页岩空心砖。

4.2 工程经济指标

本工程按照上述原则进行剪力墙结构的设计, 混凝土用量为0.221 m3/m2, 对于一个高度为54.4 m的A级高度的建筑, 其混凝土用量经济指标较好。梁、板、墙体中的钢筋用量见表1。

kg/m2

4.3 经济性分析

针对本工程, 剪力墙钢筋用量最大, 其次是梁和板, 从表格中各构件的用钢量可以看出, 对于高层建筑剪力墙结构住宅, 总共钢量中剪力墙钢筋用量所占份额最大, 因此, 结构设计人员应特别注意剪力墙的布置问题, 另外, 根据电算结果进行配筋时也不应随意增大配筋。

5 结语

对结构设计进行优化并不是按照相关规范的下限进行结构的设计, 而是应该最大程度的发挥材料性能。对于结构设计软件不能准确分析的关键部位以及影响结构性能的重点部位, 应用其他结构设计软件进行补充分析或者对于重要部位从概念上予以加强。

在建筑设计的初步阶段, 结构设计师应与建筑设计师就剪力墙的布置多做沟通与协调, 以避免由于建筑方案所造成的严重不规则。结构的优化设计涉及到多个专业, 比如, 建筑、电器、暖通、给排水等, 因此, 务必注意各个专业的协调与沟通。结构布置的好坏, 直接关系到房屋建设成本的高低, 一个好的结构布置及后期的精心设计就会形成一个比较优秀的设计方案, 从而得到安全、适用、经济的目的。

参考文献

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[4]傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010:6-8.

剪力墙结构的优化设计 篇9

【关键词】剪力墙；结构设计；建筑结构

在社会不断发展进步的同时，人们对于建筑的使用要求也越来越高，随着社会人口的增多和城市化进程的加快，建筑设计为了更好的适应社会发展需求，其使用功能也在向多元化发展，这也要求建筑结构设计有所改进和提高。建筑结构的设计不仅要满足人们的实用性，同时还有注重建筑的整体质量、耐久度、美观度和和谐性。因此，剪力墙结构技术的发展成了必然趋势，对于提高建筑的整体性和耐久性有着重要的作用。

1、剪力墙结构概述

现如今，剪力墙结构在建筑施工设计中的应用越来越广泛，成为了建筑设计中必不可少的一项设计工作，尤其是在高层建筑中，剪力墙结构的应用更是设计的重点内容。如何在保证建筑物质量的同时又能满足人们对于建筑物新颖、个性的追求是每个设计师研究的重点内容，也是建筑设计未来发展的方向。剪力墙结构的发展和应用正好弥补了这一问题，采用剪力墙结构是建筑发展的必然产物，同时也有效的提高了建筑设计水平和建筑的质量，也是建筑施工未来发展的必然趋势。

1.1剪力墙结构的基本定义

剪力墙结构是在建筑中采用钢筋混凝土来代替传统的框架中的梁柱，从而由钢筋混凝土来承载内里，并且达到结构水平力平衡的目的，在这其中所采用的钢筋混凝土板承受竖向和水平力的结构剪力墙被称为剪力墙结构。现如今，这种结构的使用已经非常普及，并且在建筑工程中承担着重要的作用，也是必不可少的重要结构体系。

1.2剪力墙结构的特点

剪力墙又被人们称之为挡风墙、抗震墙、结构墙等，由此，我们可以看出，剪力墙有着多种结构的特点。在建筑结构中，剪力墙的作用主要用于承载建筑的负荷力，是一种以支撑为核心的建筑结构。通常来说，剪力墙的结构一方面能够起到承载建筑负荷力的作用，同时也担当了建筑“骨架”的作用，是在墙体和楼板之间构建出的负荷体系结构。一旦剪力墙结构被使用，那么将无法进行拆除或者破坏，这也是剪力墙结构的弱点。在很多建筑施工中，剪力墙结构由于其造价高、施工难度大等特点，往往不被建筑单位所采用，因此，剪力墙结构技术还有待进一步的改善提高。

1.3剪力墙结构设计需要注意的几点内容

剪力墙结构的设计要明确其使用的目的，大多数的建筑需要采用剪力墙结构来为建筑提供可靠的支撑，从而能够更好的加强建筑的坚固性，尤其是在抗震效果上，剪力墙结构能够发挥更好的作用，增加建筑物的牢固程度。另外，剪力墙结构的应用也主要表现在减少了人为的对墙体的破坏，从而提高建筑的使用寿命，加强建筑结构的整体性。在进行建筑施工剪力墙结构设计的过程中，我们需要遵循以下几点原则，从而更好的发挥剪力墙结构的作用。

（1）剪力墙高度和宽度比控制要合理，由于剪力墙结构的高度和宽度往往较大，而厚度却很小，这就形成了显著的几何特征，使得受力形态显著的趋于柱子结构。但是，由于它与柱子结构的最大区别在于肢长和厚度之间存在着明显的差异，当比值过小的时候往往可以按照柱体结构要求来设计。其次，在设计的时候墙体结构是一个平面构件，它沿着平面作用在承担相应的水平应力、弯矩力之外，更是要承担一定的竖向压力，为此在设计中必须要满足弹性、非弹性以及延性要求。

（2）我们在设计墙的时候，计算时要考虑到墙在重力和横向延展力的结构下来进行分析计算的。我们在针对剪力墙承载能力的计算中，计算带翼墙的宽度按照门窗与洞口之间的翼缘宽度以及剪力墙之间的距离的最小值来取值，通常都是墙肢总高度的十分之一。

2、剪力墙结构的优劣势

剪力墙结构的刚度很大、用钢量少、整体性能好的优势在目前的高层建筑工程中得到了广泛的发挥，但是由于室内不均匀布置、分隔墙在住宅建筑结构中的应用不断增多，若是将承重墙和分隔墙以现浇混凝土结构来设计，那么也是较为实惠和经济的，而且对于室内整体性布置也极为有效。

3、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

3.1剪力墙合理定位

剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙肢截面宜简单、规则。

3.2剪力墙中大墙肢处理

剪力墙在施工的过程中由于结构本身存在着延伸性要求，因此，结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性，这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下，剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙，且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式，这样一来，极容易出现脆性破坏现象。因此，在设计工作中，对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计，将其分割成为小而均匀的独立情断，这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。为避免这种不利现象的发生，对于超过8m的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：歼施工洞即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍為混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。

3.3剪力墙结构的墙体配筋

控制剪力墙配筋有利于结构安全及工程的经济性，因为对于剪力墙结构而言，剪力墙面广量大。剪力墙墙体配筋通常是把竖向钢筋放在内侧，而把水平钢筋放在外侧，配筋必须满足计算及规范提议的最小配筋率。若采用了双向钢筋网片，迎水面保护层厚度至少可取值为30mm，大大节省了墙体配筋。

4、结束语

综上所述，剪力墙结构在建筑设计中所表现出的优势非常明显，能够在新的环境下更好的适应建筑的发展需求，同时也满足了人们对建筑的使用需求，对于提高建筑质量也发挥着重要的作用。然而就目前来看，剪力墙结构的应用还存在着诸多问题，因此，我们还需要不断的进行探索，从而提高剪力墙结构技术水平的发展，为建筑工程的发展提供更多、更可靠的基础保障。

参考文献

[1]王春伟.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].黑龙江科技信息，2011，（23）.

高层建筑剪力墙结构优化设计 篇10

剪力墙的优点主要在于整体性强、用钢量较小而且刚度大等,所以在高层建筑施工中得到了广泛的运用。特别是像旅馆这一类房间多的建筑结构当中,墙体所采用的一般都为剪力墙结构,这样可以让承重墙与分隔墙连为一体,从而使得其经济适用。另外,使用剪力墙结构,不会有露柱与露梁的现象出现,保持了外形的美观性,也拓宽了室内空间。虽然从上面几点来看,剪力墙具备较多的优点,但是从其他方面考虑,也存在较多的问题:

1)由于高层建筑的剪力墙本身具有较大的抗侧刚度,也就使得发生地震时,剪力墙会出现较大的反应,所以在剪力墙的上部结构以及下部结构当中投入的资金都会相应的增加;

2)墙体的浇筑主要是混凝土,使得其具有较大的重量,不仅会浪费材料,地震反应也较大;

3)在剪力墙的结构当中,各个墙肢不具备较大的轴压,使得各个墙肢虽然具有一定的承载能力,但是因为轴压的问题,不能够正常的发挥出应有的性能。因此,在设计当中对于高层建筑的剪力墙,如果将缺点规避,发挥出剪力墙的优点,最终达到降低工程施工造价,提高施工质量,就成为设计者应当首先考虑的问题。随着近几年的一些成绩,我们可以看出,高层建筑剪力墙的研究已经引起了有关设计人员的足够重视。

1 在剪力墙结构构件当中对于含钢量的控制

随着社会大众越来越高的建筑要求,在高层建筑当中,剪力墙结构已经占据了相当重要的地位。想要高层建筑结构的设计具有较大的经济性,就需要从含钢量入手,对于剪力墙结构进行控制。所以,在对高层建筑的剪力墙结构进行设计时,要从实际出发,根据设计要求详细的进行结构的分析,从而确保在任何种情况下,能够控制好最经济的含钢量,并且也能够满足结构的安全要求。从笔者多年的施工经验、结构设计的累积来看,对于高层建筑物的剪力墙最为合适的含钢量都有了一定的标准,对于设计也就起到了一定的建设性和指导性的意见。合适含钢量统计表如表1所示。

2 选择效率较高的剪力墙结构方案

只有当建筑结构的施工安全得到了保障之后,才能够在诸多的方案中进行对比选择,并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下,选取适合此高层建筑的结构形式。

在框支剪力墙的结构当中,短肢剪力墙结构也是一个很好的选择。在框支剪力墙的结构中,为了尽量将上下层的刚度变化适度,可以采用短肢剪力墙结构这一减少了剪力墙刚度的方式。例如使用加大下一层的刚度,其经济效益就较为明显。

如果高层建筑物的层数大于18,最好还是选取普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中,会导致其刚度不达标,从而导致结构的安全性能也受到其影响。

3 在剪力墙结构优化设计中的有效措施

3.1 需要对转换层结构设计尤为注重

从高层建筑的要求来看,现代居民希望建筑物所拥有的功能多种多样,考虑到现在大楼具有较强的综合性能,尤其是在使用方面,上部与下部的机构不同。因此,在选择高层建筑物自身的结构布置时,就需要考虑相应的变化,在设计布置当中,需要将转换层的结构设置好。我们需要重视剪力墙结构的设计,考虑到在高位转换的底部大空间当中,其结构相对复杂。因为在进行高位转换时,刚度和质量较大的转换层升高,有效的将其本身与上下的刚度调整到接近的地步是非常必要的,而对于转换层自身而言,其质量与刚度都不适宜较大,在最终时,是否能够确保转换层附近的层间位移角基本达到均匀的情况,就需要在水平作用力的作用之下,进行空间精确分析,检查其均匀情况。采用转换层结构形式时,在选择上,偏向于重量与刚度皆偏小的材料,在实际的计算中,对于参与到了组合的振型数需要多多的进行选择。通过计算,我们能够计算出在结构当中,哪一部分才是最薄弱的,然后再通过内力分配特点的具体研究,改善薄弱部位的设计性能,适当的对于构件的配筋进行相应的调整,从而达到改善薄弱部位性能的目的。

3.2 对于连梁设计的有效优化

在设计连梁的抗震与非抗震的时候,在高跨比的分类之上,主要是有小于2.5和大于2.5两种,并且对于截面配筋以及受剪承载力两个方面都有了相应的规范。而可以使用以下两种方式针对塑性调幅:

1)在进行内力计算之前,就需要拆减连梁的刚度;

2)在进行内力计算之后,连梁的剪力与弯矩的组合值还需要乘上一个折减系数。

但是,我们应当明确的是,无论是选取了哪一种,都需要确定在实际使用阶段当中的剪力与弯矩的设计值,都要小于调整后的值。此外,在设计弯矩时,也必须大于设防烈度低一度的地震组合所得。从而对于正常使用情况之下,亦或是在小型的地震发生之后,对于裂缝进行有效防止,最终达到确保高层建筑物的安全性能。

3.3 转换层上下部结构优化设计

1)在转换层的上下刚度的传递放纵,剪力墙布置存在的影响。

如果要能够准确的传递上下两种不同结构形式的内力,首先需要考虑到刚度突变,而对于转换层上下的结构可以通过两种方式将刚度突变的问题加以解决:

a.将上部的刚度减少,也就是在上部当中,能不设置剪力墙就尽量的避免设置,当满足了轴压比时,确保墙肢尽可能的短;

b.将下部的刚度进一步的加大,在建筑满足了功能之下,再恰当的布置若干的落地剪力墙在大空间层之内,此外需要避免集中,将剪力墙均匀的分布于其中。

2)需要合理的选择转换层上下部结构刚度。

如果剪力墙转换层刚度过大,不但会增大地震的反应以及竖向刚度的提高,更会增加材料的使用量,从经济的角度考虑是极为不合理的。如果剪力墙转换层刚度过小,就可能出现沉降差,进而使得明显的次应力在上部结构与水平结构之间出现(其水平结构是与上部结构相连接的),从而增加了配筋量。而表现最为突出的就是在正交主次转换梁结构中对于次梁的转换。在这个时候,不仅需要对于截面尺寸进行合理的选择,也需要考虑到刚度是否满足设计的要求。

4 结语

在设计高层建筑结构当中的剪力墙结构的使用,需要将结构的抗侧刚度较大以及外观简洁、美观等方面的优点充分的发挥出来,又能够做到降低工程造价,这才是目前高层建筑设计人员应该重视的前提。在文章中,笔者主要从选择结构、配筋的优化等方面对高层建筑剪力墙结构的优化设计进行了分析,希望能够得到各位业界同行的点评与借鉴。

参考文献

[1]严斌.建筑施工剪力墙结构设计优化探析[J].城市建设理论研究,2011(5):37-38.

[2]李松.中高层住宅中的框架—剪力墙结构优化设计研究[D].武汉:武汉理工大学,2006.