冉超 董超 刘子君
中联西北工程设计研究院有限公司 陕西 西安 710082
摘要：剪力墙结构优化设计对建筑工程来讲是一项极为重要的工作，基于剪力墙结构的基本概况，进行优化设计的思路探讨、具体策略探讨，使剪力墙结构得以完善和发展，从而促进建筑工程的特色化建设。
关键词：装配式建筑；剪力墙；结构设计；具体策略
引言
在现在的生产力所能生产出的建筑材料中，钢筋和混凝土因其具有廉价性、耐久性、技术成熟且建造出的建筑适用性更强等优点，被广泛应用于民用建筑当中。在众多钢筋混凝土所组成的结构构件中，钢筋混凝土剪力墙具有抵抗风或地震等水平力的抗侧刚度大、对建筑使用功能的影响小等优点，在多高层建筑中被广泛应用。
1剪力墙的构造与计算要求
剪力墙是由多层（一般是2层）钢筋网片用拉筋勾住，并在端部设置构造或约束边缘构件。剪力墙钢筋具体设置方式可在国标图集中查到，抗震规范对剪力墙的构造规定很多，相应的结构体系下对应许多不同的构造要求，如轴压比、最小配筋率、约束边缘构件的最小配箍率等，工程实践中也是关注的重点。剪力墙要满足各种工况下的承载力计算和水平荷载作用下的楼层位移计算。特别是剪力墙的稳定性验算在某些特殊部位是不可忽视的，如住宅剪刀梯外墙因开窗户形成的单片外墙、电梯井的外墙等部位。详细的规定和计算公式可在高规中查到。
2装配式建筑结构设计中剪力墙结构设计要点分析
2.1剪力墙肢厚度和长度设计
在进行剪力墙结构设计过程中，应结合建筑实际来确定墙肢长度和厚度，这主要在于墙肢长短和厚度直接决定剪力墙结构设计质量，是保证剪力墙结构稳定性可靠性的关键因素。在进行剪力墙肢厚度参数设计过程中，应以剪力墙结构刚度要求来进行设计。一般来说，对于高层建筑，剪力墙墙肢厚度通常设计为20cm，同时与填充墙之间的厚度处于一致状态 ；若该高层建筑没有地下室情况，其基础埋深深度、墙体高度分别为250cm 以上和500cm 以上，对于墙肢厚度要求应比填充墙厚度高，下墙肢长度不得高于800cm，下跨长度不得低于600cm。对于剪力墙墙肢厚度和长度的确定，还可从以下两个角度进行设计。其一，根据建筑抗震墙的设计厚度，结合工程施工标准中提出的相关要求来明确剪力墙墙肢的参数设计。通常情况下，若建筑抗震等级为一级或二级时，剪力墙墙肢厚度为16cm 以上，同时要比层高长度高出1/20 ；若建筑抗震等级为三级或四级时，剪力墙墙肢厚度应为14cm 以上，同时要比层高长度高出1/25。对于底部墙肢厚度参数设计，也可结合建筑抗震等级来开展设计，抗震强度为一级或二级，墙肢厚度应设计在20cm 以上，同时要高于层高的1/16以上 ；抗震强度为三级或四级，墙肢厚度应设计在16cm 以上，同时要高于层高的1/20以上。从整体上来看，只有科学进行墙肢厚度、长度参数的设计，才能从根本上起到对剪力墙结构的加固作用，保证其在未来建筑实际使用中的安全性、可靠性。
2.2剪力墙连梁设计
在进行剪力墙结构设计时，还要重视对连梁部分的设计。所谓连梁，具体指的是剪力墙结构中边端与平面布置两者相连的过度梁。连梁在剪力墙结构中的作用主要有以下几点。其一，连接墙肢，将连体墙肢在建筑结构中特有的作用充分发挥出来 ；其二，能够起到对内力传递路径的优化效果，同时对抵抗水平荷载力有一定作用。根据以往大量工程实践经验来看，因水平荷载的作用会增加连梁剪切力，从而使得连梁出现不规则形态弯矩情况，而这也是导致连梁成为剪力墙结构中比较薄弱部位的主要原因。若连梁所承受的水平荷载力超出承受范围的情况下，就会导致连梁出现剪切变形弯矩，若剪切力高于连梁耐受范围，就会使得连梁产生裂缝，对整个建筑的安全性带来不利影响。基于以上，只有结合当前建筑工程实际，科学地进行连梁设计，才能从根本上保证连梁的抗剪能力和延展性，降低因剪切力影响发生损坏的几率。除此之外，还要对连梁刚度进行有效控制，这主要在于若刚度过大，就会在很大程度上影响连梁设计成效，因此这就需要相关工作人员根据规章制度提出的规定以及当前建筑工程施工实际来进行剪力墙折剪作业。若整个工程施工具有一定困难的情况下，可采取转换内力到墙体的方式来开展施工，这主要在于建立钱个墙体防裂与折减两大指数成正比，防裂指数小的同时折减系数也就小，基于此，在剪力墙结构设计过程中，控制折减指数在0.5以上，才能切实保证剪力墙结构的连梁设计要求。
2.3剪力墙框架梁设计
所谓框架墙，具体指的是剪力墙与框架两者连接所处位置，一般来讲，连接方式可分为两种，一种为框架梁与剪力墙平面外连接 ；另一种为框架梁与剪力墙平面内连接，从本质上来讲，以上两种连接方式存在一定的差异性，对于前者，虽然其与普通框架梁设计比较相似，但其中需要特别注意的是，设计者要将剪力墙伸出梁纵向钢筋锚固考虑其中。若剪力墙厚度在200mm 左右时，就会导致梁纵向钢筋深入剪力墙内部锚固区域弯折前水平投影长无法达到标准，这就需要相关设计师采取锚固处理，对伸出梁纵向钢筋进行加固，防止因此导致锚固发生损坏。在进行框架梁连接时，如果梁体跨度和梁体高度两者之间比例在5以上，就可根据框架梁设计标准进行相应设计，若比例在5-6之间时，因框架梁手里所处位置在框架梁与连梁两者中间，这就需要增加配筋梁在其中的设计。
2.4剪力墙截面厚度设计
在进行建筑结构设计剪力墙结构设计过程中，还要将剪力墙截面厚度考虑其中，以此保证整个房屋在结构设计上的安全性和可靠性。当前我国建筑结构设计的相关规范标准中已经明确对剪力墙最小厚度提出规定。打个比方来讲，若当前未开始进行建筑抗震设计阶段，则剪力墙最小厚度应设置在整个建筑层高1/25以上，且高于建筑层高的160mm ；若当前处于建筑抗震设计阶段，首先剪力墙底部加强去结合建筑抗震等级，最小厚度应在整个建筑层高的1/20以上，且低于建筑层高的160mm，基于以上，在进行剪力墙结构设计过程中，要想确保整个剪力墙平面外的刚度和稳定强，这就需要降低剪力墙在平面外和墙肢相交时的支撑力量，将剪力墙实际厚度考虑其中，以此来确保整个建筑的安全性和稳定性。
3建筑剪力墙结构优化设计的具体策略
3.1具体分析建筑剪力墙结构尺寸数据及外形要求
建筑剪力墙结构优化设计的基础在于对其尺寸数据和外形要求的合理把握。不同建筑、不同结构形式中剪力墙结构的形式、建设要求不同，故其设计也会存在诸多差异，剪力墙结构在横向和竖向所承受荷载压力、荷载分布及整体刚度因此也会有所不同。为了保障剪力墙所受荷载的均匀传递，其设计应满足剪力墙肢截面高度8倍于其厚度值的规范要求。剪力墙结构外形与其稳定性有着必然的联系。对剪力墙结构的优化设计，可以从外形的角度使其更具合理性。一般设计中常采用T型或L型，这2种结构很大程度上减轻了墙体自重、缩小了自身体积，侧向刚度也得到了较大幅度的提升，有效降低了施工成本。
3.2剪力墙结构中边缘构件的优化设计
剪力墙结构的优化设计是多层面、多角度的。结构尺寸及外形优化设计仅是其中的一个层面，同样对剪力墙结构的边缘构件进行优化也能达到建筑剪力墙结构优化设计的效果。具体体现在以下2个方面。（1）构造边缘构件的约束，在规定范围内，明确其墙肢长度和箍筋配筋的特征值。（2）剪力墙边缘构件的约束。约束对象主要是暗柱、端柱和翼墙。对相关搭建结构的约束是为了确保剪力墙的刚度，避免层间位移。对于剪力墙边缘构件的优化设计，应基于建设的规范要求，合理增大边缘构件如暗柱、端柱的截面尺寸。
3.3剪力墙结构中连梁及大墙肢的优化设计
剪力墙连梁是其关联墙肢间起连接作用的梁结构，在墙肢受到极限压时，会产生形变或超筋破坏，甚至影响到整个建筑的稳定性和安全性。对剪力墙连梁进行优化，能够最大限度地缩减连梁受损。在有效范围内降低剪力墙连梁高度是优化设计的一种，另外一种是规范控制剪力墙结构的塑性和增强连梁的抗震强度。对剪力墙结构延展性进行优化也是优化设计的一个部分，基于剪力墙的高宽比，规划剪力墙的外形形状。基于剪力墙的高度，采用均匀分段和开洞技术，有效控制，使剪力墙结构的受损程度降低。
结束语
综上所述，不同设计要点的明确及措施的科学使用，有利于提高剪力墙结构设计工作的效率及质量，满足装配式建筑结构的科学设计要求，逐渐实现其设计目标，实现相应设计方案利用价值最大化。因此，未来在加强装配式建筑结构设计、提升剪力墙结构应用水平的过程中，应给予其结构设计更多的考虑，并将具体的设计工作落实到位，从而为剪力墙结构施工计划的高效实施提供科学指导，并为装配式建筑建设事业的长效发展打下坚实的基础。
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