高层建筑剪力墙结构优化设计分析

高层建筑剪力墙结构优化设计分析

毛黎明

（南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏南京210002）

摘要：高层建筑是建筑行业发展的主流，而剪力墙结构在住宅中的应用也将变得更加广泛。尽管尚且存在着一些缺点，但是剪力墙因为具有良好的整体稳定性、承压性以及抗震性，依然是一种很好的选择。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

前言

由于剪力墙结构在高层住宅建筑中广泛使用，需要广大设计人员不断地对剪力墙结构的设计进行优化，通过合理的计算和构造措施提高结构的延性，从而改善剪力墙结构的受力性能。

1高层建筑剪力墙结构优势分析

首先，剪力墙结构与框架结构相比，由于剪力墙基本布置在建筑隔墙内，剪力墙厚度基本上同建筑的隔墙厚度，这会使得建筑室内墙面非常平整，不会出现露梁或者是露柱的情况，因此其外形十分美观，整体空间简洁；再次，剪力墙结构一般侧向刚度大，抵抗水平荷载的能力比较强，在水平荷载作用下的侧移容易满足，同时在剪力墙结构中布置一定数量的连梁，通过调整剪力墙的连梁并由连梁的变形来耗能，改善了剪力墙结构的延性，结构的安全性和经济性都能得到保证；另外，当剪力墙内出现洞口，但并不是很大时，其完全不会影响到结构的整体性能。因此，剪力墙结构体系值得在高层住宅建筑中得到更加广泛的应用。

2高层建筑剪力墙结构设计原则

结合剪力墙结构的优势与劣势，设计人员在进行设计时，需要遵循相应的原则，以此将剪力墙结构的性价比达到最佳，其各个性能指标都能够达到规范的要求，而其劣势设计人员则需要尽可能的规避。高层建筑剪力墙结构设计所要遵循的最基本的原则就是安全、经济，在兼顾设计质量的同时，还需要考虑到经济成本，只有两者做到统一，剪力墙结构才能够真正的发挥出价值。

剪力墙布置也需要符合一定的原则，简单概括起来就是：在满足规范规定的层间位移角、周期及轴压比等限值的前提下，剪力墙数量宜尽量减少，只有这样，才能体现出其在经济方面的价值，但是如果一味的贪图实惠，那么整个结构的稳定性与抗震性都会受到影响。

3高层建筑剪力墙结构优化设计

3.1结构布置

高层建筑剪力墙在进行结构布置的时候，可以考虑在建筑山墙位置的剪力墙宜尽量做成长墙，或者连为一体，这样可以最大限度地增大结构整体的抗侧刚度和抗扭刚度，同时也基本上不会影响建筑的使用功能。

高层建筑的电梯井由于自身能够形成封闭筒体，可以提供较大的抗侧刚度，在结构布置时宜尽量采用，但是在设计时需要采取加大电梯井周围楼板厚度及楼板配筋的强化措施，这样可认为电梯井四周的剪力墙是有效的，能有效传递水平力，在设计时可不弱化其对主体结构的影响。

当楼梯间布置在建筑平面的角部时，应注意以下问题：

（1）楼梯间外部剪力墙承受少量的竖向荷载，地震时容易出现拉应力；

（2）应采取措施加强墙与楼层及休息平台的连接，必要时应加大楼梯板厚，梯板短向钢筋应加大并按受拉锚固要求锚入墙内，梯板沿长向板边设置暗梁或钢筋带，加大楼板的平面内刚度并给墙以较大的平面外约束。

剪力墙数量过多不仅会影响到建筑空间的大小且导致建筑的重量增加，以致于整个结构承受的地震力也将变大，高层建筑不得不面临破坏的可能。剪力墙的数量过少，就会使得结构整体刚度不足，以致于出现墙体裂缝。因此，剪力墙数量的控制，对于高层建筑结构有着极为重要的影响，在设计过程中需要仔细推敲和通过大量的试算，从而确定合理的剪力墙布置方案。

3.2洞口设计与墙体厚度

由于具有良好的抗震性，剪力墙也被称之为是抗震墙。剪力墙在进行洞口设计的时候，因为洞口的存在会使得墙体的整体分布出现非直线的情况，同时还会有小偏差，即使偏差很小，可如果洞口设计不恰当，依然会导致剪力墙的抗震性能减弱。因此，剪力墙的洞口设计也是很重要的。在进行剪力墙的洞口设计之前，必须要考虑周全，尽可能做到剪力墙的门窗洞口上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用程序的计算简图较为符合，设计结果安全可靠，同时宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。抗震设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不易采用错洞墙；如无法避免错洞墙，则易控制错洞口之间的水平距离不小于2m，一、二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。

剪力墙的厚度同样需要特别注意，如果剪力墙的墙体过薄，对于剪力墙的抗震性和负载能力都会造成不小的影响，甚至会导致结构整体参数不合格的情况发生，埋下安全隐患。如果剪力墙的墙体过厚，对于住户来说可用的空间便缩小了，这无疑是空间的浪费，也给投资商带来了损失。因此，高层建筑剪力墙的厚度也应该通过严格的计算来确定。

3.3构造措施

对于剪力墙整体而言，其平面外的刚度比较低，承载能力相对比较差，但是平面内的刚度却比较高，承载能力也比较好。具有这种特点的剪力墙，需要控制好外平面的弯矩，从而使得剪力墙的平面内与平面外都能够保持在稳定的状态。根据剪力墙的受力特点，在配筋的时候要求把水平钢筋配置在剪力墙的外侧，而竖向钢筋则配置在内侧，而顶部则可以设计暗梁。通常而言，剪力墙长度以小于8m为宜，当超过8m时应利用弱连梁来进行分离。

对剪力墙的连梁进行完善与调整，同样能够让剪力墙处于更加合理的受力状态，也让建筑物的抗震性能得到提升。不同截面的连梁其受剪承载力和配筋都有不同的规定要求，经过调整后的连梁弯矩、剪力值需保证其在竖向荷载作用下的安全性，这样才能够保证整个结构的安全性。

3.4结构优化计算

剪力墙设计的总原则是“强墙肢弱连梁”，连梁应具备较大的延性和耗能能力，但普通钢筋混凝土连梁尤其是跨高比小的连梁不能满足延性连梁的要求，现在研究人员提出多种改进方案，如两端配置钢筋销栓连梁、钢连梁、钢骨混凝土连梁、矩形钢管混凝土连梁等，当跨高比较小的连梁超筋时，目前最常用方法仍为开缝连梁或双连梁处理。

当由于底部有商业功能的要求而采用框支剪力墙结构时，应注意其优化设计；首先是转换层的优化，转换层的刚度和重量不宜过大，能用梁转换的不宜用厚板转换，空腹桁架的转换优于实腹转换梁，第二通过调整过渡层轴压比、周期比、剪重比、层间位移角及层间位移比等主要参数使上部剪力墙的刚度与其层数及抗震设防烈度相适宜，尽最大可能减小转换层上部剪力墙的刚度和自重，为加强转换层下部刚度、改善转换层处的内力突变提供有利条件同时加强转换层下部竖向构件的刚度，为实现抗震墙为第一道设防，当仍然不足时，可另外在外围布置一些剪力墙，并采用适当加大落地剪力墙下部厚度和提高混凝土强度等级等一系列措施，以增加下部各层刚度，使转换层上、下等效刚度比接近。

4结语

高层建筑作为建筑行业发展主流，势必会得到更加显著的发展，随之剪力墙结构也应有所发展，通过不断的优化设计，使其能够更加适应高层建筑需求。

参考文献：

[1]杨光．高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J]．科技致富向导，2014（32）

[2]陶善雨．高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J]．黑龙江科学，2014（10）

[3]王昉．高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J]．科技致富向导，2014（20）