高层建筑结构设计特点与剪力墙设计分析

2016-03-19左光辉河南省朝阳建筑设计有限公司河南省郑州市450000

低碳世界 2016年5期

左光辉（河南省朝阳建筑设计有限公司，河南省郑州市450000）

高层建筑结构设计特点与剪力墙设计分析

左光辉（河南省朝阳建筑设计有限公司，河南省郑州市450000）

现今随着经济建设的快速发展，我国建筑行业的规模不断的扩大，高层建筑快速的发展起来，是城市经济建设的重要内容，高层建筑的结构特点与一般的建筑不同，其中剪力墙的设计是高层建筑的重要内容，以下就针对高层建筑结构的设计特点以及剪力墙的设计进行详细的分析，从而提高整体建筑结构的质量。

高层建筑；结构设计特点；剪力墙；设计分析

1 引言

随着新时期经济的快速发展，我国高层建筑的规模不断的扩大，城市土地资源的紧张，使得高层建筑层出不穷，在整体结构设计时也更加的复杂，结构设计的特点与剪力墙的设计都与低层建筑结构的设计不同，高层建筑结构的整体受力状况也更加的复杂，所以在实际的高层建筑结构设计时，要对多方面对高层建筑的设计特点进行分析，根据剪力墙的设计要点进行实际的施工建设，本文就对高层建筑结构设计特点与剪力墙设计进行全面的分析与研究。

2 高层建筑结构的设计特点分析

高层建筑与低层建筑相比，具有较多的结构特点，只有了解高层建筑的结构特点，才能够根据结构特点进行设计特点的分析，以下就对高层建筑结构所具备的结构设计特点进行阐述分析：

2.1 高层建筑结构对整体延伸性以及抗震要求更高

高层建筑结构具有其特有的延伸特点，与普通的低层建筑相比，高层建筑的结构更加具有流线与柔软性，一旦受到外力的强破坏作用，就会导致严重的结构变形，这是高层建筑结构的延性特点。在设计施工过程中，要提高建筑结构的抗地震倒塌能力，使其具备良好的抗变形性能，在进行高层建筑结构设计时，要尤其将顶部的结构进行调整变化，提高整体结构的延性。在高层建筑结构设计时，要保证设计的延性，从而提高整体建筑的安全稳定性。地震具有较高的未知性与复杂性，在进行理论的额计算与分析时往往会与实际出现偏差，所以但高层建筑结构到达弹塑性阶段时，就会导致整体结构构件的损失，在设计高层建筑结构时要求更高的抗震要求。

2.2 高层建筑结构的侧移与变形特点

高层建筑随着层数与高度的增加，水平荷载会导致结构较大的侧移变形，并且侧移的速度很快，因此结构侧移是高层建筑设计的重要控制因素，在水平荷载的作用下，我们在结构设计时应该认识到侧移的控制因素，将高层建筑采用剪力墙结构，在水平荷载作用下，周边墙体的轴压应力一般都大于中部墙体，变形程度也就更大，当建筑逐渐升高到一定范围时，若是没有控制好水平向的侧移与变形，就会埋下较大的安全隐患，所以在进行高层建筑结构的设计时，要充分考虑到侧移的影响，使其在科学的设计计算下控制在合理的范围内，保障建筑结构的安全可靠性。

2.3 高层建筑结构的水平荷载特点

高层建筑结构的水平荷载是结构设计中的重要特点，水平荷载是物体在水平方向上的作用力，在高层建筑结构上，就会导致整体的结构产生内部的变形，一般高层建筑自重和楼面的水平荷载会使结构构件产生弯矩以及轴力，其中的数值与建筑物的高度成一次方的正比。水平荷载对高层建筑产生的倾覆力矩，和对竖直构件产生的轴力，都与建筑物的高度成二次方的正比，建筑结构的水平荷载大小与楼层的高度，自重，轴向作用力等都有着密切的关系，水平荷载是高层建筑设计的决定要素。

3 高层建筑的基本结构分析

高层建筑的基本结构在进行设计分析时，有几个比较重要的要点，比如高层建筑结构的变形分析，高层建筑结构的楼板刚性，以及整体高层建筑结构的图形计算等，以下进行分析：

3.1 高层建筑结构的变形分析

在高层建筑结构设计时，往往要根据具体的高层建筑特点进行分析，高层建筑会发生小变形，所以在设计分析时，首先要做的就是对高层建筑变形的计算与假设，这就涉及到了建筑结构的非线性几何知识，我们要严格的按照规范的建筑设计要求进行，根据高层建筑的高度变化与水平侧移的变化，考虑到整体的结构变形可能性与具体的范围假定。建筑结构设计人员要重视对结构变形的计算与分析，保证建筑结构变形维持在可控制的范围内，从而提高建筑结构的安全稳定性。

3.2 高层建筑结构的楼板刚性分析

高层建筑结构在进行设计时，要考虑到整体楼板的刚性大小，我们要把楼板的刚度认为是最大程度，在这个无限大的前提下，建筑结构的位移是可以控制在较小范围内的，采用此种计算的方法可以简化步骤与程序。在进行高层建筑结构的设计与计算时，要考虑到整体建筑结构的特点，特别是剪力墙对于楼板刚性的适用情况，在设计的时候要考虑到实际的情况，保障建筑的质量。

3.3 高层建筑结构的整体图形计算分析

高层建筑结构的在设计分析时，必不可少的就是对图形的计算，可以结合不同维度的方法进行计算设计分析，当对建筑的一维模型进行计算时，要考虑到组成构件的变形大小，从而进行科学合理的调整，将整体的建筑结构转变为整个水平方向上的结构，采用一维的计算图形方法可以简化结构的计算。而二维的图形计算就是要考虑到抗侧力的变化与大小还要考虑到楼层面的各个抗侧力引起的变形问题，这些都可以利用二维的计算方法进行具体的设计计算。

在高层建筑结构设计中，最科学也是最全面的图形计算方法就是三维空间的计算，这种计算方法比较复杂，在前两个计算方法的前提上，不仅仅要考虑到各个组成部分的抗侧力大小与水平面上的刚度，还要考虑到整个楼层的位移与变形特点，完善整个建筑结构三维空间的设计与分析，控制好每一个节点与截面，从而保障建筑结构的安全可靠性。

4 高层建筑结构的剪力墙设计的详细分析

高层建筑结构的剪力墙设计是施工设计中最常见的一种结构，剪力墙可以承担较大的荷载压力，还具备抵抗变形的能力，采用剪力墙可以降低材料的使用，还可以合理的布置建筑室内的空间分布，剪力墙施工技术可以将墙体之间进行分隔，具有较高的实用价值。高层建筑结构的剪力墙设计分析主要包括以下几点：

4.1 剪力墙结构的布置分析

在高层建筑在整体结构的主轴方向上进行双向的布置，这样具备空间的特点，在研究结构抗震性能时，不要将剪力墙布置在单向的位置，要使剪力墙的刚度实现双向接近。一般在布置剪力墙的平面时，要注意均匀性，周边以及对称性，，保证数量的合适，若是较少，就会导致结构的侧向刚度不符合要求，过多将很难充分利用墙体的优势，使得刚度太大，不利于整体高层建筑发挥结构的性能，造成成本的浪费。

4.2 布置墙肢的截面

在布置剪力墙的墙肢截面时，要保证均匀规则，墙肢的竖向刚度要符合要求，在布置门窗时也要上下对齐，避免出现偏差导致墙肢布置的不均匀，若是出现差错，就要根据弹性的有限元分析法分析应力的大小，然后根据根据应力的大小对墙肢的配筋进行重新设计与纠正，在进行结构布置时要最受规定要求，并且在低下与地上的1～3层进行底部的加强。

4.3 剪力墙结构设计时要注意厚度与配筋的使用

剪力墙在水平方面要进行配筋的设计，要注意横向的抗剪力，防止出现斜向上的裂缝导致墙体出现脆性的损坏。此外剪力墙在竖直方向上的配筋是为了提高抗弯能力，竖直方向上的配筋比率应该包括约束边缘的构件配筋，而剪力墙的墙肢配筋也要布置在边缘区域，水平的配筋率与竖直的配筋率不能低于0.25%，要保证二者之间的距离在300mm之内。

剪力墙自身结构就具有强度与刚度，是为了保证连梁与墙体之间的协调性，连梁可以提高剪力墙结构的刚性，从而紧密连接墙体与墙肢。我们在设计与计算高层建筑结构时，要折减连梁的刚度，规定折减度要大于0.5，取值的范围要控制在0.5～1.0之间，折减厚度刚度若是存在截面结构的弯折就要降低连梁的高度，从而满足结构的而要求。

对于剪力墙的边缘结构来说，边缘结构的无约束力截面要比约束力截面的承受力少2/5，在选择剪力墙边缘结构的是否约束性，要根据具体的承载能力与轴压比来决定。