广州大学建筑设计研究院510499
摘要：我国社会经济的迅猛发展和人口压力迫使城市建筑无限可能地纵向发展，高楼林立已然成为城市的一道亮丽风景线，现代高层建筑越来越向多功能的综合用途发展。人们对高层建筑平面空间的设计要求越来越高，普通的框架结构显然已不能满足人们对高层建筑室内空间的使用和整体美观的愿望。剪力墙从纵向及横向来承担荷载，其刚度有力地抗击着水平荷载，已经被高层建筑结构设计广泛使用。对剪力墙结构设计的深入研究和探讨，并适时加以应用，可合理有效地解决建筑结构设计所遇到的难题。基于此，本文就从建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计展开分析。
关键词：建筑结构设计；剪力墙结构；优化设计
1、剪力墙的优势与劣势
剪力墙结构的刚度很大，用钢量较少，整体性能好。由于室内不均匀布置，分隔墙在住宅型建筑中应用较多，若把承重墙和分隔墙用现浇剪力墙结构来设计的话，会比较经济实惠。而且，室内整体框架结构简洁美观，不会出现露梁或者露柱的情况，使室内布置更便捷，也是现浇剪力墙结构的另一个优点。
但是，剪力墙也会存在一些缺陷，只有正视这些缺陷，才能在建筑结构设计中科学合理地应用剪力墙结构，扬长避短。首先，剪力墙的混凝土墙体较多，加重了建筑物的重量，且抗侧刚度大，会引起相当大的地震反应，造成上部结构和基础费用的增加。其次，由于剪力墙结构中各墙肢轴压比过低，不能充分发挥各墙肢的承载能力。最后，构造配筋在剪力墙结构墙体中占多数，而配筋率太低，结构延续性会随之变差。
2、剪力墙结构设计所遵循的基本原则
2.1连梁超限的解决办法
2.1.1降低连梁的刚度和弯矩设计值。一般的剪力墙结构中，可以采用弯矩调幅的方法，降低连梁的弯矩设计值，使连梁先于墙肢屈服。
2.1.2改变连梁的几何尺寸，加大连梁跨度减少高度。
2.1.3开水平通缝。连梁在开水平通缝后，有效的降低了连梁的高度，从而使其跨高比显著提高，在地震作用下，使连梁发生延性较好的弯曲破坏、减小了剪切变形的影响。
2.1.4交叉配筋。交叉配筋连梁的原理是利用交叉钢筋来抵抗地震下方向不断改变的剪力。交叉钢筋与主筋方向一致，可以抵抗由于弯剪作用所引起的主拉应力，从而有效的约束了裂缝的开展。
2.2避免剪力墙和平面外的梁搭接
根据剪力墙的各种特性可知，其平面内刚度和实际承载力均较大，换言之，即其平面外刚度和承载力均较低，这也就表明，当剪力墙和平面外的梁进行连接时，会导致墙肢出现外弯矩。而在通常情况下，我们并不会去验算平面外刚度和承载力，因此，为避免建筑结构出现弯曲变形，在剪力墙结构设计中，我们应尽量减少外搭接情况的发生，如果非要进行这样的设计，就必须采取适当的必要措施加以预防干预，以使剪力墙平面外的质量和安全有保障。
2.3以主轴为中心，向四周延伸
剪力墙的位置布设应遵循以主轴为中心，双向或多向的向四周延伸的原则。使不同方向上的剪力墙尽量能连接起来；在设计结构的抗震性时，要确保两个方向上的侧向刚度比较接近；墙肢解耦股设计中，应按有关规定进行，设计要尽量保持简单易操作。需要注意的是，剪力墙的分布并非随意进行，必须遵循数量适中和匀称的原则。
3、建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计
3.1合理定位剪力墙结构
为保障剪力墙的安全、经济，必须合理、系统地布置剪力墙结构，而剪力墙的结构布置应从两个方面着手：平面布置和竖向布置。
从尽可能均匀、对称的原则出发，剪力墙的平面布置最好使墙面结构的刚度中心重合于质量中心以减少扭矩。同时内外剪力墙应尽可能拉通、对直。剪力墙肢截面不应过于复杂，宜简单、规则。剪力墙的抗侧力刚度必须适中，不宜过大或者过小。若剪力墙有适宜的侧向刚度，剪力墙的抗侧力刚度和承载能力就能得到充分发挥，扩大了剪力墙的可用空间。
为避免墙体有过大的内收和外挑，竖向布置应保持墙体造型匀称、规则，这样可以防止抗侧力结构的侧向刚度和承载力有突变的可能。其次，增加一些落地剪力墙、筒体或者柱的截面尺寸，以免底部大空间的剪力墙结构不落地造成刚度突变，并且，为减少刚度变化，应对相应楼层混凝土等级进行适当提高。
3.2剪力墙结构设计中大墙肢处理
呈细高状的剪力墙经常被设计成弯曲破坏的延性剪力墙，剪力墙的结构所具备的延展性避免了剪力墙受到脆性的剪切破坏。墙体配筋的支撑作用在因为墙段长度过小而受弯产生的裂缝宽度较小时得到充分发挥。而在剪力墙结构中，理论上楼层的剪力多数由存在较少并长度超过八米的大墙肢来承受。而这些大墙肢在发生强烈震动时，极容易受到破坏。因此，要采取措施避免这一现象的发生：①在施工时开施工洞，完工时再砌筑填充墙，由此可以把长墙肢分成短墙肢；②在进行结构计算时设洞，但在施工时仍为混凝土墙，不过通过这样的方式计算，增加了其它小墙肢的配筋量。只是这种方式主要适用于一些不易实施开洞的项目。
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。
剪力墙竖向钢筋的主要作用是抗弯。现在有些高层剪力墙的电算结果多为构造配筋，但在配筋时，边缘构件中的钢筋应该包括在最小配筋率里，遵循墙肢的竖向配筋原则，应该尽可能在墙端部边缘区布置钢筋，并留意墙的抗弩强度在竖筋过多的情况下会大于抗剪强度，不利于抗震。
3.4剪力墙连梁超筋的处理
连梁超筋在剪力墙结构设计中经常见到，剪力不满足剪压比要求会造成连梁超筋。通常在剪力墙结构中，连梁出现超筋的部位约在总高度三分之一的楼层，若平面中墙段过长，主要会在其中部出现，而当某一墙段中墙肢截面高度大小存在一定悬殊，会在墙肢处连梁超筋。剪切变形对剪力墙连梁来说相当敏感，若剪力墙连梁的尺寸不一致，可采取一定措施处理：①降低连梁的截面高度；②抗震设计的剪力墙中可对连梁弯矩及剪力采取适当调整；③若连梁破坏对承受竖向荷载的影响不够明显，假定连梁在大震下受到破坏，无法约束墙肢的结构，则按独立墙肢进行内力分析，选择两次计算所得的较大内力对墙肢进行配筋计算。
结束语
建筑结构设计既要美观，又要实用，以满足人们的居住需求。剪力墙结构是建筑工程设计中的主要内容，其具备侧移和抗侧刚度方面的优势，抗震性好，在现代建筑结构设计中备受青睐。它将承重墙和分隔墙合并，成本较低。设计单位要依据具体工程背景，对剪力墙结构进行优化，提高建筑工程质量，使其安全性和经济性兼备，使建筑企业在市场博弈中取胜。
参考文献
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