高层建筑结构设计特点与剪力墙设计

董祥龙

【摘要】随着我国经济的不断发展，我国的建筑行业近些年也不断的发展，发展的规模越来越大，而且建筑物高层越来越多，高度越来越高。下面主要对高层建筑结构设计特点进行分析，具体的分析主要重点是施工的要点和剪力墙的结构设计。

【关键词】高层建筑；结构设计特点；剪力墙

一.高层建筑结构设计特点

（一）水平荷载的作用

首先说明，因为楼面荷载以及建筑自身的重量在构件上的弯矩、轴力，与建筑物的高的一次方是成正比的，同时，因为水平荷载对竖构建的轴力以及水平荷载自身产生的力矩，与建筑物高的二次方是成正比；其次要说明的是，当建筑物高度达到一定程度，竖方向的荷载就会维持基本不变，对于水平荷载，地震作用和风荷载的值不是恒定不变的，会因为不同的结构而产生很大程度的变化。

（二）重视轴向变形

高层建筑物的竖向的荷载会给支撑柱产生一定的压力，会引起轴向变形，而且也会改变连续梁的弯矩，从而制作的负弯矩也就会降低，也会对准备安置构建的长度产生影响；另外也会影响构建侧移和构建剪力，如果这种和竖方向的变形相比，结果显然是偏于不安全的。

（三）侧移和结构延性

跟多层建筑相比，高层建筑对于设计结构中的结构侧移非常重视，楼的层数越多，高度越高，相应的水平荷载产生的构建侧移也就越大，所以，我们控制数值在一定的合格的范围。如果产生地震，高层建筑的变形也就更大，所以，我们要做到保证建筑物在经过了塑性变形之后没有完全丧失变形能力，从而来防止发生倒塌，所以就应该尽量对结构的延性进行提升。

二.高层建筑的结构分析

（一）弹性假定

高层建筑物经常用到的方法其中就有弹性计算法。因为建筑物本身收到了风力和垂直荷载的作用，就会使得结构处于一种弹性工作状态，实际情况基本与这种情况类似。一旦出现大风或者出现大震就会导致高层建筑物位移量增大，有可能导致建筑物本身出现裂缝，处于一种弹塑性工作状态，这种情况计算位移就不能运用弹性计算法，不然误差很大，这种情况，计算就需要运用弹塑性动力法，这样的计算结果才更接近结构的真实状态。

（二）小变形假定

一般的计算方法经常采用这种假定，不过在计算的时候要考虑一下几

何非线性问题的研究。很多人认为，当顶点水平为何与楼房本身的高度比例一旦大于1/500，就要重视两者之间产生的影响。

（三）刚性楼板假定

在进行高层建筑物的分析计算中，一般不考虑平面外的刚度，一般情况都是对平面内的楼板刚度假设很大。这种办法能很大程度的对结构位移自由度进行降低，而且能够让计算方法简单化，而且在计算筒体结构的时候，方便使用空间薄壁杆件的方法。这种假定大多数的情况下都是成立的，不过竖向刚度如果有变化，就会使得抗侧力构建直接距离变大，楼板的刚度就会比较小，这样影响楼板的变形就会增多。尤其是对建筑底部间的每一层和顶部的位移和内里产生影响。

（四）计算图形的假定

分析高层楼房的整体结构，计算图形一般有三种：

1. 一维协同分析

用这种方法进行分析，只需要考虑多种抗侧力在同样位移的变形协调。当出现水平力作用，可以把水平方向上抗侧力结构形成的水平结构等价成结构体系。根据刚性楼板的设定，在同一个楼面上的多种抗侧力组件的侧移是相同的，就能够得出一维协同方程式。当出现扭矩的时候，建立基本方程要按照同楼层的抗侧力组件转交相同的情况。在手算分析中应用这种分析方法最多。

2. 二维协同分析

二维协同分析方法和一维在抗侧力平面结构上是相同的，同时与建筑物内部各个抗侧力的变形协调相结合，考虑垂直和水平方向，统一计算水平力和扭矩。计算机的程序应用多采用这种方法。

3. 三维空间分析

在上面提到的二维协同分析方法，在这个方法中并没有考虑抗侧力组件的公共节点在楼面外的位移协调，而且扭转刚度和外平面刚度影响了空间工作性能的结构。在这种分析方法，每一个普通杆的每一个节点都设置了6个自由度，，如果对截面翘曲问题加以考虑，自由度的数量应该是7个。

三.剪力墙结构分析

（一）概述

剪力墙结构刚度高，承载力高，用钢量较少，位移较小，这个结构的组成是墙肢和连梁，所以这种结构一般在高层建筑结构中广泛使用。高层的宾馆或者住宅楼，在各个居室一般有较多的分隔墙，所以就很广泛应用这种技术，应用这种技术的好处是：成本较低，而且分隔墙和承重墙的连接较好。

剪力墙结构虽然优点很多，但是也不可避免的存在一些缺点，这种结构的抗侧力强，刚度大，所以出现地震作用的时候效应高，上层建筑的成本也就提升了；如果对使用混凝土量进行增加，就会影响本工程的平面功能和重量等等。所以建筑物在使用这种结构的时候，要考虑施工成本，注意建筑自身的抗侧力。

（二）剪力墙结构布置

剪力墙结构带有风荷载，竖向的作用以及水平的地震作用，这种作用主要是钢筋混凝土的结构承担的，所以在布置剪力墙结构时，不仅仅要满足建筑物的要求，而且需要满足设置的时候的自身要求，进行轴线对称设计。

布置的时候主要从下面几个方面：

1. 对于短肢剪力墙的选择

短肢剪力墙的优势是布局灵活，而且能够降低架构的重量，但是因为短肢剪力墙抗震性比较差，在出现地震作用的时候不能有效保护建筑的安全，所以选择的时候要慎重。

2. 不存在独立小墙肢

如果建筑构件内出现单独的墙肢，施工难度就会提高，在设计结构的时候，为了避免出现独立墙肢，可以通过优化剪力墙设置和减少洞口来进行解决，而且这种方式会降低施工的难度。

3. 确保剪力墙的整体刚度

剪力墙刚度较大的时候，会缩短自振周期，但是有可能会加大震力，建筑材料使用的更多，从而工程成本也就增加了。不仅如此，而且也可能会导致截面达不到抗剪力的指标或者墙肢超筋，设计难度从而也就提高。所以剪力墙的刚度一定要控制在一定的范围内，保证在位移极限之内。

（三）剪力墙结构的参数控制和配筋

1. 结构参数控制

为了更加科学的设计剪力墙结构，就要控制剪重比、位移比。周期比和刚度比等在一定的范围内。位移比指的是最大的弹性水平位移（或层间位移）和这个楼层的弹性水位移（或层间位移）平均值的比。反应结构平面规则的主要依据就是位移比的大小，侧重控制的内容是结构扭转与侧向刚度之间的相对关系，而并非绝对的大小，它的目的是为了更合理更有效的布置结构抗侧力构件。

2. 墙身结构计算

剪力墙结构需要水平方向和竖向的钢筋，这个用量值是确定的，重点验算的是斜面的抗剪承载力以及正面的抗弯承载力。在前三级的抗震情况下，钢筋的配置需要控制在：横向配筋率和竖向配筋率要大于0.25%；其他的配筋率也必须大于0.2%。

四.结束语

随着经济的发展，我国经济体制的不断改革，建筑行业也不断地发展，建筑的方向也是逐渐向高层建筑迈进，与高层建筑的设计特点相结合，越来越多的运用了剪力墙结构。所以，为了更好的運用剪力墙结构，在设计建筑的时候必须要对配筋计算和结构参数的设置的分析加以重视。

参考文献：

[1] 郭兆伟. 高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析 [J].建材技术与应用，2011，01（11）：39-40.

[2] 张建勋，谷军，张帆 . 框架剪力墙结构的概念设计要点分析 [J]. 建筑设计管理，2011，10（03）：98-99.

[3] 邱海军 ， 倪国葳 ， 秦春霞 . 浅谈高层建筑混凝土结构设计[J]. 科技创新导报 ，2010，（05）

[4] 韩为民. 高层建筑结构设计要点分析[J]. 中国房地产业，2011（10）.