高层建筑剪力墙结构优化设计初探

徐胜坚

【摘要】随着社会经济的发展，人们生活水平也被随之不断提高，同时人们在生活中对于各种物质需求日益增高，尤其是对建筑结构，更是提出了新颖的要求。在这种新的住宅结构要求上，不仅是外观设计提出了新的要求，而且对于空间结构的美观性、个性化都提出了发展新要求。本文就高层剪力墙结构设计进行了探索，提出了其在设计工作中需要注意的相关事项，以供业内同行工作参考。

【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计

在高层建筑的不断发展中，为了满足人们对所居住房屋的超高要求，我们在保证其建筑物结构安全的重要前提下，还需要在建筑物的设计层面不断地思考与追求，借鉴国外更高的建筑设计理念与技术，引进新高规和新抗震规范的材料设备，紧密结合我国当前的实际情况，不断提高建筑工程设计水平，尽可能地发挥工程效益。

1、剪力墙结构分析

近年来，随着社会发展，钢筋混凝土剪力墙结构也受到业内人士是的重视。这种结构由于在施工中布置灵活、施工工艺简单、整体性效果好、抗荷载能力高以及能有效避免房屋露筋露梁的优势而得到了工程领域工作人员的认可，同时也给建筑结构的发展指明了新的方向。

1.1剪力墙概念

所谓的剪力墙主要指的是建筑结构中能够承载各种水平荷载的一种建筑结构，这种建筑结构又被人们广泛的称之为抗风墙、抗震墙。在目前我们生活中所常见的剪力墙结构主要是用于抗风、抗震性能的一种墙体结构，这种墙体结构在发生地震的时候能够有效的吸收地震能量，防止墙体结构的剪力破坏。

1.2剪力墙结构的条件

剪力墙结构在设计的过程中需要对于地震、风力等发生的等级和发生率提前进行勘察，根据实际情况来设计一个科学、合理的剪力墙结构体系，使得墙体结构能够承受一定的荷载和地震，不至于出现地震就造成倾斜和建筑影响。在剪力墙结构设计工作中，当墙体结构较少的时候，如果墙体结构承受的第一振型底部地震倾覆力矩较小，结构底部的地震荷载是上部结构的1/3左右，这样能够有效地确保工作的合理、健全和完善，从而实现工作体系的综合、系统要求。

2、剪力墙结构设计原则

在目前的剪力墙结构设计中，通常都需要根据建筑工程的施工环境、地质情况、自然情况等多个因素进行综合分析和归纳，从而实现设计工作的合理、科学、有效进行。在目前的剪力墙结构设计工作中，一般的设计原则主要有以下几个方面：

2.1尺寸控制

在目前的剪力墙结构设计工作中，剪力墙的墙高、宽等尺寸都往往较大，而厚度却不是很大，几何特征是以板结构为主，但是在其受力形态的设计中却是趋向于主体结构的设计要求。但是其与其他的柱体结构却存在着一定的差异，这些差异主要表现在肢长、厚度之间的比值，其比值往往都是小于3的时候应当按照柱体结构的要求来进行设计，而当比值在3～5之间的时候，我们可以将墙体结构判定为是异形柱，从而按照异形柱的设计流程和要求来进行受压构件的设计。

2.2平面构件设计

在剪力墙结构设计工作中，墙体本身就是一个平面构件，它承受几何特征的能力极低，极容易受到外部荷载的影响而出现一定的变化。由于剪力墙结构是一个集水平构件荷载和竖向荷载为一体的受力环节，因此在设计工作中，需要从水平和竖向两个环节入手去归纳和总结，从而使得整个结构体系都出现一定的变化和工作体系。在这种社会发展的基础上，对于剪力墙结构的设计除了令其能够满足基础水平和荷载作用的同时，还必须要能够满足非弹性变形反复循环的延性要求，这一要求的存在对于机构设计的循环极为关键。

2.3方向设计原则

我们在设计墙的时候，计算时要考虑到墙在纵向和横向延展里的结构下来进行分析计算的。我们在针对剪力墙承载能力的计算中，计算带翼墙的宽度按照门窗与洞口之间的翼缘宽度以及剪力墙之间的距离的最小值来取值，通常都是墙肢总高度的十分之一。

3、剪力墙的特点分类

在我国，剪力墙结构由于其具有抗侧刚度大，侧移小和抗震性好等一系列的特点，目前被广泛地运用到建筑结构设计中，特别是高层建筑。剪力墙的受力、变形特征虽然与框剪结构极其类似，但是它的刚度分配与内力分配比框剪结构更为合理。在国内现有的剪力墙中，如果从剪力墙是否开洞与其开洞尺寸的大小来进行分类，大致可以分为：整体小开口剪力墙、实体墙、壁式框架、双肢或多肢剪力墙四种类型。其中整体小开口剪力墙的开口面积>15%，但仍然属于开洞较小的墙；实体墙则是开洞面积<15%，或者完全没有开洞的墙；壁式框架的开洞尺寸较大，它的连梁线刚度与墙肢线刚度接近；双肢或多肢剪力墙的开洞尺寸同样比较大，有的双肢剪力墙的洞口还可能成列形状布置。

4、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

4.1剪力墙合理定位

剪力墙最好沿主轴方向或其他方向进行双向布置；对于抗震设计的剪力墙结构应特别避免仅单向有墙的结构布置形式。（1）对一般的矩形、L形、T形等平面则沿着两条轴线的方向进行布置。（2）对于部分 j角形平面、Y形平面则可以沿其三个轴线方向布置。（3）对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。

总之，剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、周边、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙肢截面宜简单、规则。

4.2剪力墙中大墙肢处理

剪力墙在施工的過程中由于结构本身存在着延伸性要求，因此，结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性，这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下，剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙，且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式，这样一来，极容易出现脆性破坏现象。因此，在设计工作中，对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计，将其分割成为小而均匀的独立墙断，这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m 的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生，对于超过 8m 的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。

结束语

在现代化社会发展中，剪力墙的应用极为广泛，特别是在大高层建筑结构中，其身影更是随处可见，已成为整个建筑领域关注的重点环节。近年来的建筑发展趋势下，为了满足人们对住宅要求的提高，不断地思考和探索新的建筑结构模式已成为建筑业赖以生存和发展的首要内容，也是建筑领域未来发展的主要目标。剪力墙作为高层建筑结构中的主要环节，做好其合理、科学布置与设计极为关键，是最大条件下发挥材料性能的首要环节。

参考文献

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