高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨

邢海涛 段娜娜

【摘要】随着城市化进程的不断推进，高层建筑不断兴起，剪力墙结构在高层建筑中使用广泛。因此，加强对高层建筑剪力墙结构优化设计的研究是非常必要的。本文笔者对高层建筑剪力墙结构优化设计进行了分析和探讨。

【关键词】高层建筑；剪力墻结构；优化设计；

前言：在高层建筑当中剪力墙结构被广泛应用，其原因便是剪力墙结构的刚度大、整体性强，为解决高层建筑防震等问题提供了巨大的帮助。剪力墙结构一般会出现在分间较多的建筑中，如旅馆等，剪力墙结构能够使房间的分隔墙与承重墙合二为一，既节省了空间，又能够达到房间建筑强度的要求。而且在高层建筑中使用剪力墙结构，能够隐藏室内的房梁等结构，使室内的墙体更加具有整体性，更加的简洁美观，有利于室内布置。但是剪力墙结构也存在着一定的弊端，需要通过剪力墙结构设计优化的方式来减轻高层建筑的剪力墙结构存在的弊端。

1 高层建筑剪力墙相关分析

1.1 高层建筑剪力墙概念

高层建筑剪力墙结构设计是在高层建筑中广泛使用的一种墙体结构，这种墙体结构的原料主要是钢筋混凝土，通过横向承重板和纵向承重板纵横交错来达到增强楼层的承重能力的目的。这种墙体的建造，能够使高层建筑的稳定性、刚度以及抗震能力大大加强，能够满足现今我国高层建筑的需要。另外，在高层建筑中，剪力墙的设计隐藏了大量的承重柱，能够使房屋内部建造更加简洁、美观，能够普遍符合我国居民对建筑内部的美观性的需求，而且能够为室内设计提供更大的空间，符合现代城镇居民的生活需求。

1.2 剪力墙结构的特点

高层建筑剪力墙结构是使用钢筋混凝土铸造，具有良好的稳定性与刚性强度，能够有效的抵抗外界的压力，为高层建筑的建造打下了一定的基础。剪力墙结构的设计使用能够减低施工工程单位的建材成本，剪力墙结构使用钢筋混凝土为原料，价格相对低廉，而且能够满足建筑强度的需要，在一定程度上增加了施工单位的经济效益。由于剪力墙结构代替了传统的建筑承重系统，因此，在建筑物室内中不会出现过多的承重，大大的节省了建筑室内的空间，使室内设计更加美观，降低了楼房建筑的空间局限性。同时，剪力墙结构也存在着一定的弊端，在高层建筑使用过多的剪力墙结构时，会使建筑在遭遇强度大的地震时出现巨大的反震力，使建筑楼体的安全性降低。而且剪力墙结构所需的钢筋混凝土材料大多要求较低，因此，在进行建筑施工时极易出现建筑质量问题，对建筑以及居民的人身财产安全造成了极大的不利影响。

2 剪力墙结构设计方面的优化

2.1 对剪力墙结构设计原则进行遵守

在高层建筑的结构设计中，都会存在一些在墙体结构设计中所必须遵守的设计原则。在剪力墙结构的结构设计中，沿着主轴方向或者其他方向进行双向的布置成为剪力墙结构设计中通常需要遵守的设计原则。针对于高层建筑的抗震设计，剪力墙最好避开单向的布置。对于剪力墙的结构设计来说，剪力墙横面的设计应该遵循尽量简单设计的原则，避免过多的复杂设计，除此之外，剪力墙的竖向分布应该保持力度分布的均匀，而对于门窗设计来说，剪力墙的门窗设计应该遵循上下对齐，因为剪力墙除了应对来自侧面的力的影响，还要承受来自竖向的重力，而门窗等洞口会使墙体的耐力大大减少，所以如果门窗洞口不能对齐，就会使整个墙体的耐力大打折扣。如果墙体受力不均，就会使墙体的耐力能力减弱，不利于建筑物的质量安全。

2.2 剪力墙转结构布置优化

对于剪力墙结构的设计，通过横向承重板与纵向承重板交错排布形成建筑的承重系统。在进行剪力墙结构优化时，应当使剪力墙结构沿主轴方向或其他方向进行双向布置，形成空间结构，此时剪力墙结构能够从两个方向同时承受建筑物的重量，而且其两侧的刚性强度一致，便于发挥剪力墙结构在空间布置上的优越性。剪力墙结构的侧向刚度大，这一特性能够有效的保障建筑体的稳定性，因此在进行剪力墙结构设计时，应当最大限度的发挥剪力墙结构的这一特性，适当的减轻剪力墙结构的重量，增大剪力墙结构的可利用空间，从而加大剪力墙结构的侧向刚度。

2.3 剪力墙洞口设置

剪力墙的洞口设置需要考虑剪力墙结构的抗震能力，剪力墙结构的洞口设置需要做到洞口截面简单、规则性，而且在墙体上的分布格局应当规则，形成明确墙肢和连梁，应当避免出现洞口分布不均、排不混乱的现象发生，否则会严重影响高层建筑楼体的稳定性。对于长度较长的剪力墙结构，可通过设置洞口的方式将墙体分成均匀的墙段，在不同的墙段之间用连梁连接，加强墙体之间的稳定性。

2.4 剪力墙的结构优化

剪力墙结构具有"外柔内刚"的特点，在进行剪力墙结构设计时应当按照剪力墙的结构特点进行设计，控制剪力墙结构外侧的弯矩，保证剪力墙结构外侧的稳定性。在剪力墙结构的外侧与其他墙肢进行连接时，应适当的减少连梁的弯矩，保证剪力墙结构的稳定。另外，剪力墙结构应当按照自下到上的顺序进行连续布置，需要保证剪力墙结构的连续性与规则性，适当的根据建筑的高度对剪力墙结构的建造材料使用量进行调整，保证剪力墙结构的刚度的连续性、稳定性。

2.5 剪力墙结构方案选择

在对高层建筑剪力墙结构进行设计优化时，一个重要的优化指标便是对剪力墙结构的设计方案进行选择。在进行方案选择时，应当首先注重设计方案的合理性与安全性，设计方案的剪力墙结构的布局应当与高层建筑的结构设计向契合，符合高层建筑的稳定性与承重性的需要。另外，在对设计方案进行选择时还要对剪力墙结构的成本控制进行评定，在保证剪力墙结构能够安全建造的前提下，需要选择成本相对较低的剪力墙结构设计方案。剪力墙结构设计方案需要满足建筑的结构设计、设计用途等的要求，在进行设计时对于建筑的不同楼层要采取不同的设计方案，将剪力墙结构方案的设计具有针对性，还需要考虑设计的经济性，在保证高层建筑能够安全合理的建造的前提下，保证安全性能与资金使用的最优化。

2.6连梁刚度

剪力墙的连梁刚度可以降低，规范规定不宜小于0.50必要时可以降低连梁高度，通过减少刚度而降低内力！针对抗剪强度不够的现象，连梁跨高比应该合理保持在 4～6 之间。当某几层连梁的抗弯超筋时，可以降低不超过20%的弯矩设计值，并将其余部位的连梁弯矩值提高20% ，以补偿减少的弯矩，从而满足平衡条件。

3 高层建筑剪力墙结构设计施工中应当注意的问题

在进行高层建筑建立结构施工进行的过程中，需要考虑到许多问题。例如，在进行建造过程中，一般进行楼体与部分承重系统的建造所用材料和进行剪力墙结构建造所需材料有一定的差别，在进行剪力墙结构的建造时需要用到钢筋混凝土，而一些隔墙的设计只需用到轻质的材料，这就使隔墙设置与剪力墙结构在衔接时需要对不同的材料进行处理，避免在后期用户使用时出现衔接裂痕等现象威胁住户的生命健康安全。另外，还需要建筑施工团队着重注意的便是施工质量监测的问题，在施工进行过程中以及施工结束后都必须严格的对剪力墙结构进行质量监测，保证剪力墙结构浇筑的安全性，防止建筑物在经历重大自然灾害时受到影响，从而影响建筑物的稳定性，危害住户的人身财产安全。

结束语

高层建筑剪力墙结构的设计，为提高高层建筑的性能提供了良好的解决途径。对高层建筑剪力墙结构的设计优化，有助于加强高层建筑的建造质量，提高建筑整体的美观性，改善城镇居民的居住环境。因此，应加强高层建筑剪力墙结构设计优化工作的进行。

参考文献：

[1] 沈蒲生编著.高层建筑结构设计[M]. 中国建筑工业出版社， 2006

[2] 方鄂华编著.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M]. 机械工业出版社， 2004

[3] 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）