浅谈高层建筑中剪力墙结构设计

浅谈高层建筑中剪力墙结构设计

吴英

关键词：高层建筑；剪力墙结构设计；运用

高层建筑数量的不断增加更加充分利用土地资源，在结构设计中我们需要考虑高层建筑与多层建筑的区别，且高层建筑由于整体高度，结构内部受力情况也更加复杂。而剪力墙作为高层建筑中主要的受力及抗震构件，其设计合理与否对结构的安全及经济性有着重要影响。

1剪力墙的定义

剪力墙是实际建筑工程中经常使用的结构墙、抗风墙和结构墙。剪力墙是可有效承受风或地震等导致的相关荷载，保障建筑物安全性和刚度的墙体，剪力墙优点在于良好的抗震性和刚度。剪力墙结构设计中，墙体的长度和高度应相对较大，而宽度则相对较小并采用钢筋混凝体整体浇筑方法。建筑设计方和施工方为满足人们对居住住房和办公楼的安全稳定性要求，已在建筑设计和施工过程中广泛的使用剪力墙，以提高和优化其整体建筑物的建筑施工质量和结构。目前，许多建筑企业已采用剪力墙取代传统建筑施工中使用的梁柱。剪力墙结构的受力情况与梁柱相当，但是剪力墙结构其稳定性更好，同时降低墙体的承受能力，保证建筑物整体的质量和安全性。

2剪力墙结构的特点

从结构的角度来说，剪力墙的承载力很强，并且对多角度的负荷量都能够很好的承受，可以承受住高层建筑结构中的竖向和水平两方面的负荷量；其次，剪力墙在受力上与建筑物的楼板可以形成共同的受力体系，使得建筑物的实用空间的高度和宽度都有所提升[2]。第三，剪力墙及连梁在承受强烈的外力作用发生破坏时，可以有效抵消掉一部分外力作用产生的能量，为建筑物的安全系数提供有效保障。

3剪力墙结构设计的基本要求

3.1调整楼层剪力系数

在对剪力墙进行设计时需要尽量将构件布置降到最低，采用最佳办法就是布置大开间剪力结构，从而使侧向结构可以满足高层建筑需求。此外，要保障楼层间的剪力系数是最小的，但不可高于设计标准，高层建筑整体承受的地震力与剪力墙承受的地震力之间的比不宜过大，这样才会确保结构自身的重量，从而将地震带来的破坏地降到最低，节约建筑成本。

3.2调整楼层间位移与层高

在计算楼层间的位移时，若是高层建筑建设在一个地震多发的地区，需要对楼层的标准值进行合理计算，这样可以把结构弯曲变形保留下来，在基于弯曲变形为核心的高层建筑中需要计入扭转变形。在对高层建筑进行建设时最需要考虑的问题就是楼层间的扭转变形与剪力变形。因此，对于高层建筑而言，不可以只通过对楼层间的位移进行计算来确认竖向构件的刚度，它需要将发生扭转变形的几率降到最低。

3.3调整剪力墙结构

若是剪力墙结构的连续跨高的比太小的话，就会造成建筑剪力与弯矩过大的情况出现。依据有关标准需要，施工跨度是不可以低于标准跨度的，若是高出在对建筑的连续墙进行建设时时无法保障其效果的，合理的选取跨度比可以有效的避开弯矩或是剪力过量的情况发生。在对剪力墙结构进行设计时务必要参照建筑的整体情况，对建筑结构进行全面考虑可以有效减少建筑成本。

4高层建筑中剪力墙结构设计的具体运用

4.1平面布置

剪力墙设计的平面布置可以灵活，但是有几个要注意的地方：①平衡、对称。建筑强设计结构有长有短。遇到较长的剪力墙时，不要全部当成一个整体，选择开洞口的方式，将墙面分成等长均匀的几段。交错不齐的剪力墙洞口会带来很多隐患，易出现刚度突变，应力集中。所以洞口宜对称布置，使得结构平面上刚度均匀，减小尽量剪力墙出现应力集中的情况。②在进行抗震设计的时候，尽量减少一字型的短肢剪力墙的布置，双向的或者多向的更能保障安全。多向或双向的设计可以形成一定的空间工作结构。剪力墙不仅需要在结构平面主轴方向双向布置，而且还应该尽量使得各主轴方向剪力墙的侧向刚度相近。③剪力墙结构与其他的结构一样，在特殊情况下也会出现刚度突变的情况。为了避免不必要的损失，在竖直方向上要从下往上的布置。④在同一个平面上的剪力墙结构质量中心和刚度中心不宜偏心过大，偏心过大时易发生扭转变形，从而发生扭转变形破坏。应沿着建筑物的全高均匀布置，侧向刚度沿着高度从下至上连续均匀，剪力墙开洞时，洞口上下对齐。⑤平面形状凹凸较大的时候，尽可能在凸出部分的端部附近布置剪力墙。当遇到建筑物周边、电梯间、楼梯间等部位时，均匀的布置剪力墙。⑥剪力墙不宜过长，超过8m的剪力墙最好设置跨高比较大的连梁将其均匀分为若干段，使得各个墙段的高度与长度之比大于3。

4.2墙肢截面厚度

剪力墙的厚度变化呈现阶段性的规律。阶段性即均匀平衡，连续不折断。阶段变化应严格控制在一定范围内，才能使结构不发生变形。剪力墙的材料是混凝土，在混凝土的强度等级发生变化楼层时，此楼层要避免进行剪力墙的厚度变化。高层建筑在底部的剪力墙一般厚度大，当剪力墙的厚度超过400mm时，如果仅采用双排配筋，会形成中部大面积的素混凝土，使得剪力墙的截面应力不均匀，所以厚度超过400mm的剪力墙，需要配置三排或四排钢筋。

4.3剪力墙结构连梁

剪力墙结构中连梁是作为连接剪力墙平面内的梁，它不仅能够连接墙肢，还能够有效的约束墙肢。在设计连梁的时候，因连梁的刚度很大，普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件，所以对连梁进行区分，按不同的形式分别设计。①跨高比大于5的连梁，此类连梁受力情况和框架梁类似，即按照框架结构中的框架梁进行设计即可。②跨高比小于5的连梁，尤其是住在、旅馆等剪力墙结构的建筑中的连梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在侧向力的作用下，这些连梁容易出现剪切斜裂缝。

对于跨高比小的高连梁，可以设置水平缝，形成双连梁或者多连梁，实现弯曲破坏。当连梁宽度较大的时候，除了设置普通箍筋以外，还可以增加交叉暗柱或者设置斜向的交叉构造钢筋来改善连梁的受力性能。楼面梁支承在连梁上时，连梁产生扭转，一方面不能有效约束楼面梁，另一方面连梁受力十分不利，因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时，次梁端部可按铰接处理。

4.4边缘构件设计

在一个个完整的剪力墙设计中，它的边缘构件同样重要。边缘构件是端柱，暗柱的统称，分为约束边缘构件和构造边缘构件在进行剪力墙设计时。为了保证剪力墙底部具有足够大的延性，应对可能出现塑性铰的部位进行加强，设置约束边缘构件，即底部加强区域。剪力墙的约束边缘构件能增加高轴压比剪力墙的塑性变形能力，而低軸压比的剪力墙只需要设计构造边缘构件即可。

5结语

未来高层建筑将会涌现更多，而高层建筑剪力墙结构的应用也将会变得更加广泛。尽管尚且存在着一些缺点，但是剪力墙因为具有良好的稳定性、抗压性、抗震性，依然是一种很好的选择。在结构设计当中，剪力墙结构也必然会有越来越多的应用。

参考文献

[1]马艳洁.高层建筑框架-剪力墙结构设计研究[J].河南科技，2014，（11）：183.

[2]戴亚鹏.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].山西建筑，2015，（04）：36-37.

[3]赵锦华.高层建筑短肢剪力墙结构设计的研究[J].门窗，2015，（02）：63-64.