高层建筑剪力墙结构的设计要点分析

陆志峰

摘 要：剪力墙结构是高层建筑工程常用的一种设计方式，面对日益复杂的工程结构，需要对传统设计方式做进一步的研究，对存在的各类问题进行优化，在满足工程功能需求的基础上，提高建筑的抗震性能。本文就高层建筑结构特点分析了剪力墙结构设计的要点，并提出了相应的优化措施。

关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计

剪力墙结构主要分为连梁与墙肢两种结构，与其他结构形式相比具有更大的优势，如刚度大、整体性好、抵抗力强以及侧移水平高等，现在已经被更为广泛的应用到高层建筑工程中。随着建筑工程结构现代化与多样化的实现，需要在原有基础上更进一步的对剪力墙结构设计进行研究，提高结构的稳定性与安全性。

一、高层建筑结构受力特点分析

1.水平荷载

对于高层建筑来说，大部分工程结构的竖向荷载都是固定的，而相对应的说水平荷载因为受外力因素影响比较大，如风荷载以及地震作用等，会造成结构动力特性区别发生着比较大范围的变化。在对工程结构进行设计时，需要注意这一点，采取有效措施进行管理。

2.结构侧移

在高层建筑结构设计中，结构侧移也是需要重点关注的内容，尤其是随着建筑工程楼层的增加，会使得水平荷载下结构侧移变形随着楼层高度增加而变大。想要有效控制结构侧移程度，就需要结合实际需求，将水平荷载作用力控制在接受范围内。

3.轴向变形

与普通建筑相比，高层建筑结构竖向荷载要更大，会造成柱中轴向变形增大，对连续梁弯矩造成影响，同时也会在一定程度上影响到预制构件下料长度[1]。因此需要在结构设计时，充分做好轴向变形计算值，通过对下料长度的适当调整来提高工程建设的下料长度，提高工程结构设计的精确度。

4.结构延性

于高层建筑结构来说，其结构柔和性更高，这样一旦受到地震作用影响，结构就会更容易的发生变形，影响建筑结构的稳定性与安全性。为了提高建筑结构在塑性变形阶段的变形能力，需要在设计阶段采取措施来提高结构延性。

二、高层建筑剪力墙结构计算原则

1.结构计算原则必要性

剪力墙结构同时承受垂直与水平荷载，在进行设计时需要结合水平荷载与地震效应影响，采取措施将受水平荷载影响产生的侧向变形控制在允许范围内。选择此种结构方式，因为不具备梁、柱等外露部分，使得室内空间更大，内部布置效果更佳，但同时也决定了结构延性比较低。设计时应根据相关规范来保证整个结构设计的合理性，控制结构刚度，并楼层最大层间位移与层高比满足规范要求的基础上，确定楼层最小剪力系数，使得计算结果更接近规范值。为提高剪力墙结构设计的合理性，就需要做好结构计算管理工作。

2.计算原则分析

2.1楼层最小剪力系数调整原则

即楼层最小剪力系数调整原则，设计时使剪力墙承受第一振型底部地震倾覆力矩可以占到结构宗地不地震倾覆力矩的40%以以下，尽量减少剪力墙结构的设置，最大程度上实现大开间设计方式，合理控制结构侧向刚度，楼层最小剪力系数无限接近规范限值[2]。这样不但可以降低结构自重，而且可以降低地震作用，减少工程造价。

2.2连梁超限调整原则

根据相关规定，高层建筑剪力墙结构长度应控制在8m以内，对于超过8m的应选择弱连梁结构将其分开。另外，对于跨高大于5m的连梁应按照框架梁进行设计。为降低建立设计值，可以选择塑性调幅的方式，即遵循连梁超限调整原则，一是在计算内力前折减连梁刚度，二是在计算内力后，将连梁弯矩与剪力组合值与折减系数相乘。在调整后应保证连梁弯矩、剪力设计值高于实际需求值，并且不能低于设防烈度低一度的地震组合所得弯矩设计值，减少正常使用条件以及地震作用下连梁结构出现裂缝。

2.3最大位移与层高之比调整原则

按照相关规定，在对地震作用频繁楼层最大位移进行计算时，应以楼间弯曲变形为主，将其计入扭转变形中，并且不对结构整体弯曲变形情况进行扣除。因此，在对高层建筑剪力墙结构进行设计时，应尽量减小结构的扭转变形，其中对于层间位移不够的情况，不可以在未分析的情况下就增加竖向构件的刚度。另外，在实际设计过程中，对于结构某一方向层间位移达不到规范要求时，如果采取增加侧向刚度的处理方式，必须要做好结构剪重比的控制。如果剪重比与规范相近则可以选择此种方式处理，如果超过规范值则需要控制增加量，或者是适当减小对应侧的结构刚度。

三、高层建筑剪力墙结构设计优化措施实例分析

1.工程概述

以某高层建筑工程为例，工程共有28层，其中地下室2层，主要为设备用房与车库。首层为架空层，层高为6.5m，2层以上为办公区域，层高为3.5m。本工程2层设置了梁板式结构转换层，设计使用年限为60年，安全等级为二级，并且建筑物抗震类别为丙类，地震设防烈度为7级。

2.剪力墙结构设计

2.1结构计算分析

（1）转换层刚度比

刚度比计算选择用剪切刚度参数计算，此工程转换层上部结构与下部结构侧向刚度比为：X方向r=1.198，Y方向r=1.182，由此可见转换层上下层侧向刚度比较小，转换层上下层层间位移相近，达到了转换层侧向刚度逐渐改变的目的[3]。

（2）动力时程分析

选择SATWE程序来完成对结构的动力时程分析，其中波形确定为mmw-3，lan3-3，其中lan5-3选择以层间剪力以及层间变形作为主要控制指标。将分析结果与结构设计方案进行对比，最终确定梁配筋基本一致，设计方案满足相关规范。

2.2结构设计分析

（1）转换层楼板

框支剪力墙利用转换层楼板作为分界线，结构上下两部分内里分布规律并不完全相同。其中，对于上部楼层结构，对于外荷载产的水平力在分配上，主要是按照各片剪力墙等效刚度比例来完成。而对于下部楼层结构来说，受框支柱与落地剪力墙刚度差影响，存在的水平剪力主要集中在落地剪力墙上，最终荷载分配会在转换层部位发生突变。另外，转换层结构的存在主要完成剪力的分配，并且结构自身还必须要满足刚度要求，最终工程选择用C40混凝土转换层楼板，厚度为25mm，配筋率为0.42%。

（2）框支柱

此工程框支柱抗震等级为以及，轴压比应控制在0.6以下，对于部分截面尺寸大形成的短柱，更是需要将轴压比控制在0.5以下。柱截面延性与配箍率有一定关系，在进行结构设计时，应保证配箍率大于框架柱，一般情况下不能小于1.5%。另外，在进行抗震设计时，因严格按照相关规范来进行，即剪力墙底部应进行加强，如底部塑性铰范围以及上部一定范围，通过增加边缘构件箍筋与墙体纵横向钢筋的方式来提高结构抗震性能，以免出现脆性剪切破坏问题[4]。

（3）短肢剪力墙

通过短肢剪力墙结构的设计，可以提高建筑布置的灵活性，并减少建筑结构自重，但是因为其自身抗震性能比较低，会对剪力墙结构稳定性与安全性造成一定影响，因此在选择时应结合实际情况来确定。

结束语：

想要提高高層建筑工程剪力墙结构设计的合理性，就需要掌握结构受力特征，并严格遵循设计原则，从多个方面进行分析，不断提高设计方案的合理性与科学性，达到提高建筑工程结构安全性与稳定性的目的。

参考文献：

[1] 胡孔鹏.高层剪力墙结构中剪力墙布置和合理数量的研究[D].合肥工业大学，2012.

[2] 陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材，2011，04：36-37+39.

[3] 曹彬，李铭.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].中国建筑金属结构，2013，22：65.

[4] 蒋宝锋.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].科技传播，2014，13：55+57.