高层剪力墙住宅结构优化设计原则及措施

高层剪力墙住宅结构优化设计原则及措施

李铖

天水建筑设计院有限公司 甘肃天水 741000

摘要：在高层住宅结构设计中，剪力墙结构关系到高层建筑的安全性和稳定性，如何优化剪力墙设计方案从而提升高层住宅的抗震性能，成为亟待解决的问题。设计师通过采用高层剪力墙住宅结构的优化原则进行设计，能够让高层住宅在纵横水平载荷下发挥出自身的优势，保障高层结构的稳定性，从而维护居民的居住安全。本文旨在分析如何在保障结构稳定性的前提下对高层剪力墙住宅结构进行设计优化，显示出现代设计理念的进步。

关键词：高层住宅；剪力墙；设计原则；优化措施

随着社会经济的发展，我国城市化进程建设步伐不断加快，这使得高层建筑成为当下主要的建筑形式，其能够在有限的土地面积上通过增加楼层高度的形式来提升对土地资源的利用效率，显示出良好的经济效益。而高层建筑施工中需要重视结构的安全性和稳定性，才能够维护居住者的使用体验。在高层建筑中主要以钢筋混凝土剪力墙作为主要结构，但随着“限额设计”理念的不断推广，要求设计师在设计过程中要注重对设计方案的优化，通过对混凝土 和钢筋用量的控制来减少成本支出，从而为企业创造出更高的经济效益。

1 工程概况

某小区高层住宅，地上十八层，地下一层，地下室与周边地下车库连为整体，地面以上各高层之间设防震缝脱开，形成独立的结构单元，建筑物总长度为66.00m,总宽度12.25m,总高度为53.25m。上部结构采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用钢筋混凝土桩筏联合基础，桩端持力层为圆砾层。建筑物设防烈度为8度(0.20g)，抗震设防类别为丙类，剪力墙抗震等级为二级，结构整体计算嵌固端为地下室顶板。

2 高层剪力墙住宅结构优化的设计原则

2.1合理建筑平面与成本控制

在高层建筑的剪力墙住宅结构设计中，需要设计师对高层建筑自身的建筑需求进行分析，以简单、规则为主要原则，强化剪力墙结构质量，防止在建筑过程中出现刚度不足等问题，影响到高层建筑的剪力墙结构质量。考虑到高层建筑在实际设计中可能出现平面狭长的问题，如果建筑平面宽度超出固定值会增加地震时建筑两端相位差，从而引起建筑物的不规则振动，一旦发现地震很容易出现安全事故。其次建筑高宽比作为衡量结构承载力的重要因素，在剪力墙结构优化中发挥着重要作用。根据研究结果显示，在高层建筑剪力墙结构中的高宽比，与混凝土、钢筋用量之间存在线形关系，这意味着当高层建筑的高宽比越低，那么建筑过程中的结构材料用量越少[1]。

2.2剪力墙设计原则

高层建筑在剪力墙设计时需要考虑更多因素，为了维持高层建筑的稳定性需要重视对周边结构的强化，并弱化中部以维持高层建筑的基本性能。在设计高层建筑剪力墙时通常可会在外围增设高连梁，对建筑的外围性能实现增强，以此来强化高层建筑的整体刚度。而在高层建筑楼梯间等中部区域，要按照实际需求适当减少剪力墙数量，使得高层建筑能够具有良好的抗扭刚度，在应对地震等突发情况时能够具有较高的抗倾覆能力，保障高层建筑的使用安全。其次在高层建筑剪力墙设计中要考虑到建筑主轴的位置，按照主轴进行双向设置，使得高层建筑的刚度和质量中心能够尽可能贴合在移除，避免因扭转效应对住宅结构造成较大影响。同时在设计常规剪力墙时尽可能保障结构均匀，降低短肢墙或超长墙的使用，设计时要对高层建筑的结构合理性进行综合考量，在保障结构稳定性的基础上对剪力墙墙肢进行加长处理，从而尽可能减少短肢墙，也能够避免在小区域内出现多道剪力墙，保障结构稳定性。

除此之外要多采用L型、T型墙肢，避免对复杂形状墙肢和一字型墙肢的使用。L型墙肢和T型墙肢具有良好的稳定性，能够实现对框架梁和墙肢端部的锚固需求[2]。一字墙的结构稳定性较差，在地震作用下可能会出现平面外破坏，而复杂形状的转折墙体则会在无形中增加对边缘构件的使用数量，导致建筑成本增加。剪力墙要尽可能采用连续设置的形式，形成贯通的连肢剪力墙，这是剪力墙的抗侧力性能能够得到最大。而墙肢一旦出现轴线错位，会使得各墙体的水平荷载性能降低，为了满足结构的整体侧移需求，需要增加对单片墙肢的截面，这也不符合经济的设计原则。

3 高层剪力墙住宅结构设计优化措施

3.1高层住宅剪力墙抗震设计优化

高层建筑的特殊性要求其在建筑时能够具有较高的抗震性能，才能够应对地震等突发情况，维护使用安全。在对高层建筑剪力墙住宅结构的设计中，首要问题在于对剪力墙抗震性能的优化。要求高层建筑的抗震等级要高于规定值，这样才能够保障在外部因素的影响下仍然能够保持良好的承载性能。在高层剪力墙住宅结构优化中，要求对振型数有明确要求，一般振型质量要高于总质量90%以上，振型数则需要设计师考虑高层建筑的实际层数和结构形式，从而选择出合适的振型数。一但建筑整体刚度出现较大变化或本身刚度大时，需要采用最大振型数以满足抗震需求。其次是对连梁刚度的折减，设计师需要对高层建筑的连梁高度进行计算，并在合理范围内对连梁刚度进行合理降低

[3]。当高层剪力墙刚度较小时，需要考虑使用框架梁的形式来优化墙肢结构，使得剪力墙均匀分布。同时立足于高层建筑的实际施工情况和结构设计，在合理范围内降低连梁高度。其次还需要对剪力墙的剪力设计值进行合理调整，结合优化原则将整体短肢剪力墙截面厚度控制在20cm左右，要求剪力墙底部配筋率高于1.2%，其他部位则要高于1%，以此保障剪力墙的抗震性能。

3.2合理控制轴压比

高层建筑中对于剪力墙轴压比要求较高，在对剪力墙进行设计优化时，需要考虑到剪力墙的延展性，精准计算剪力墙的轴压比，将其控制在合理范围内，并对高层住宅的结构进行分析，考虑到可能影响到剪力墙轴压比的各种因素，采用强有力的措施进行控制与预防，从而避免出现剪力墙轴压比过大的问题，维护剪力墙结构的稳定性[4]。

3.3把控短肢剪力墙数量

在高层剪力墙住宅结构的优化设计中，强调要尽可能减少短肢剪力墙的数量，因此必须注重对短肢剪力墙数量的把控，从而实现对设计方案的优化。在前期设计师要对高层住宅的所有剪力墙结构数量进行分析，在保障高层建筑结构稳定性的基础上，尽可能降低建筑成本，制定出合理的剪力墙数量规划。在涉及到短肢剪力墙的设计中，要求按照住宅长度对短肢剪力墙长度进行规划，降低墙体刚性。考虑将常规剪力墙与短肢剪力墙结合，通过剪力墙之间的相互支撑来提升整体剪力墙结构的稳定性，维护高层住宅结构稳定性。

3.4优化短肢剪力墙布局

设计师在进行高层剪力墙住宅设计中，要具备良好的剪力墙布局意识，在设计剪力墙时能够考虑到高层住宅的特点，不断提升自身的专业设计能力，加深对剪力墙结构作用、价值及施工标准等的认知，从而优化对剪力墙的设计方案[5]。在剪力墙设计中注重对短肢剪力墙的设计，避免在同一区域出现多道短肢剪力墙，让短肢剪力墙能够均匀的分布在高层住宅中，体现出剪力墙结构的设计的合理性。注重对高层建筑的中心进行把控，设置剪力墙时考虑到剪力墙结构可能对中心产生的影响，尽可能降低剪力墙结构对中心的作用力，避免出现中心偏移的问题，使得剪力墙能够呈现出良好的抗震性能，显示出高层剪力墙住宅结构设计的合理性。

4 总结

近年来随着我国建筑行业的发展进步，高层剪力墙住宅结构的设计受到普遍重视。本文通过对高层剪力墙住宅结构的优化设计原则及策略进行分析，以此来提升高层住宅建筑的安全性，同时维护施工方的经济效益，体现出高质量的设计水平，推动高层建筑发展。

参考文献

[1]雷洋.高层住宅剪力墙结构布置及优化[J].住宅与房地产,2023,(14):107-109.

[2]刘振杰.高层住宅剪力墙结构优化设计及其抗震性能分析与研究[D].青岛理工大学,2021.

[3]李智.浅析高层住宅建筑的结构设计与成本优化[J].四川建材,2020,46(11):231-232.