框架剪力墙结构中剪力墙布置的优化设计

申志磊

摘 要：主要研究方向为依据现有的基础理论知识（框架剪力墙结构中框架部分与剪力墙部分协同工作的原理、框架剪切刚度的计算方法、剪力墙的主要承受荷载等），从框架剪力墙结构中剪力墙的布置和结构优化角度出发，寻求更有效、更科学、更合理的设计方案，以期能够为未来框架剪力墙结构中剪力墙的布置和结构优化设计工作提供一定的数据参考。

关键词：剪力墙；框架；剪切刚度；优化设计

中图分类号：TU323.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.112

随着我国经济的不断发展和建筑技术的不断进步，城市发展十分迅速，因此，住房需求越来越紧迫。为了满足人们日益增长的物质文化需求和对高质量生活的追求，建筑设计师将目光投向了高层建筑。由于传统的建筑结构体系已经不能满足人们的需求，因此，新的结构体系，即框架剪力墙结构中剪力墙的布置和结构优化成为人们追求的目标。

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

[1]樊长军，张界先，高用比.基于洞口大小、形状和排列方式对钢筋混凝土剪力墙刚度和应力影响的研究[D].太原：太原理工大学，2014.

〔编辑：刘晓芳〕