浅析高层建筑剪力墙结构优化设计

王鸿德

摘要：建筑行业的快速发展，不止给我国经济建设带来非常大的推动作用，同时改善了人民的居住环境。在高层剪力墙结构 设计中怎样发挥它具有的足够的抗侧能力等优点，结合工程实例，从建筑整体结构计算、经济含钢量等多方面探讨了高层建筑 剪力墙结构优化设计处理方法和措施，以实现建筑结构设计的整体优化，从而达到科学、合理、经济的设计要求。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）06-0061-01

引言

建筑行业之所以能快速发展，离不开国家的大力支持和扶持，

同时各行业的蓬勃发展也是使建筑行业快速发展的基石。剪力墙结 构对于高层建筑性能提升有着很大的促进作用，但在剪力墙的应用 中还存在很多不足，所以需要将结构优化设计做好。

1 关于高层剪力墙的概念概述

剪力墙结构广泛应用于我国高层建筑墙体结构中，它主要是通

过混凝土和钢筋对建筑设计。剪力墙结构作为整体建筑的构件，要 契合建筑的整体布局，满足建筑的平面结构，还具有抗震、抗风、 承重的能力。高层建筑的剪力墙中有许多的承重柱，让建筑物内部 简洁美观，这样使得内部的活动空间变得更大，房屋使用者可以最 大限度地根据自己的要求对内部空间进行设计，满足自身需求。

2 高层建筑中剪力墙的应用评价

在高层建筑中，抗震性能是决定建筑质量的重要因素，因此，

需要有效控制建筑物在地震水平荷载作用下产生的横向位移量，该 情况下，剪力墙结构得到了广泛应用，如何进行剪力墙受力分析和 结构计算，成为建筑设计行业的热议课题。剪力墙结构具有整体性 良好、侧向刚度大，同时在水平力作用下位移量小的优点，由于没 有梁、柱等结构构件，有利于建筑物内部空间的布局设计。随着建 筑物高度不断升高，在地震等外力作用下，建筑物产生的横向位移 量会越来越大，剪力墙结构也会发生扭曲形变，在以往的结构设计 中，大都将剪力墙简化成具有等效刚度的杆件，然后在此基础上进 行内力分析和结构设计，尤其需要注意剪力墙在和楼面连接处的结 构设计，应该采取有效地控制措施，提升整体稳定性。

3 剪力墙的分类

①实体墙。实体墙一般情况下墙体不开洞，或者开洞的尺寸非

常小。实体墙墙体抗弯曲的能力非常好，不会发生反弯现象，其负 荷能力比较强；②整体小开口剪力墙。当剪力墙上所开的洞口面积 超過整面墙体面积的 15%时，从受力图中能看出本应在洞口处呈直 线状的正应力已经变成在洞口两侧，此种情形虽然不会使剪力墙产 生异常情况，但是在连梁处有反弯现象；③多肢剪力墙。多肢剪力 墙墙体开洞的尺寸比较大，其开洞的地方分布的也比较均匀，墙体 结构和整体小开口剪力墙比较类似；④壁式框架剪力墙。剪力墙上 洞口开得过大，剪力墙截面整体性将受到破坏，除梁柱的交接处不 产生变形外，剪力墙此时已接近于框架的内力分布，成为剪力墙与 框架之间的一种过渡，即壁式框架。

4 浅析高层建筑剪力墙结构优化设计

4.1剪力墙结构构件的经济含钢量

随着我国建筑结构的高度越来越高，高层建筑结构采用剪力墙

形式已经不是新鲜事务。经过我国多年的设计及成功的施工经验累 计，对高层建筑剪力墙结构构件适宜的含钢量已经有了一些数据上 的统计。依据这些含钢量的指标可以对结构设计的经济性起到一定 的指导作用。

4.2剪力墙结构的适宜方案

剪力墙结构设计的方案有多种选择，选择适宜的结构形式，不仅

能保证建筑结构的安全性，而且能大幅度的降低工程造价。在设计方 案及初步设计阶段正确地选择建筑的结构体系以及构件的截面及采 用的材料，对整个建筑的经济性影响是相当大的。选择较为合适的结 构体系，可以在方案阶段总体控制成本。同时由于上部使用功能的差 别，构件截面类型也会有差异，从而导致成本差异。因此必须在方案 设计阶段确定适宜的结构形式。层数较小（比如 20层以下）的高层住 宅，可采用短肢剪力墙结构体系。20 层以下的高层住宅采用传统的 现浇剪力墙结构，各墙肢轴压比计算值往往较小，墙体配筋为构造配 筋，墙体承载能力远远没有发挥出来，工程费用较高，这时若采用短 肢剪力墙结构，以上不足之处就可以得到解决。在7度区，20层以下 的高层住宅采用短肢剪力墙结构，结构顶点位移、周期、水平地震剪 力一般可控制在合理的范围内。采用短肢剪力墙结构，由于合理地将一部分钢筋混凝土墙置换成砖墙或其他砌体，使得结构自重减轻，将 偏大的结构刚度降下来，结构地震反应减少，工程费用降低，还增加 了结构的延性，使结构的抗震性能提高。

4.3剪力墙定位

如果平面的布置控制工作没有做好，则会导致平面不够均匀或

者对称不接近标准状态，进而造成剪力墙的结构刚强度与力作用重 合偏差较大，最终会导致弯矩现象，墙体扭矩的状况。因此，对于 剪力墙的定位，需要按照估算好的数值、划线定位，保持平面的均 匀与对称在标准范围，同时，内外墙体需要直通，墙体直截而保持 简且有规则。

4.4承重设计

对剪力墙的承重结构设计有利于高质量完成建设任务，剪力墙

结构设计人员应该在充分了解相关政策和施工数据的基础上，进行 剪力墙的各个承重构件设计，确保建筑整体质量和承重能力。在对 剪力墙承重构件设计时，还需要对原有的技术和结构进行优化升级，

准确计算墙体的配筋率。 4.5约束边缘构件

在建筑结构设计中，约束剪力墙边缘构件对其进行处理可以使 剪力墙在相同条件下发挥更大的作用。由约束边缘构件和构造边缘 构件这两种方式构成了剪力墙的约束边缘构件处理，各有优缺点， 综合比较来看，构造边缘构件在建筑承载力上有更好的表现，而有 约束边缘构件则在抗震性和稳定性上优于构造边缘构件，所以应按 具体项目具体需要进行选择。

4.6优化剪力墙结构配筋

剪力墙配筋控制对建筑物主体造价起着关键性的作用。通过以

往高层建筑物的结构设计对比，一般的剪力墙配筋几乎都是按规范 规定的最小配筋率构造配筋，所以控制剪力墙厚度，可以有效地控 制剪力墙墙身钢筋用量。选择优质的材料是进场前第一步要做好的 工作，钢筋材料的选择是至关重要的，各种合格证明一定要检查清 楚。合格的钢筋才能进入施工场地。剪力墙结构的配筋选择要满足 工程测算和建议标准的材料，将水平钢筋安置在外侧，垂直钢筋安 置在内侧，根据现实情况优化设计，减少建筑成本。

4.7优化剪力墙结构连梁设计

在高层剪力墙结构中，连梁是一项关键的耗能构件，连梁常被

称为结构抗震设计中的“保险丝”，它可以起到耗散地震能量的作用。 所以一定要优化剪力墙结构连梁的设计，连梁的强剪弱弯应该反复 多次验算，确保高层建筑在修建完毕后连梁的弯曲破坏比剪切破坏 晚。除此之外，在实际施工过程中也不能随意加大连梁纵筋和箍筋， 前者会导致无法满足“强剪弱弯”的要求，后者会导致剪切破坏提 前发生。例如：当连梁的跨高比大于 5 时，刚度不能减少，需要按 照框架梁的要求设计施工，此时可将跨高比为增加至 6，解决刚度 不减少导致剪力过大的情形，还可以减少钢筋混凝土的使用量，从 而减少投资成本。

结语

总而言之，剪力墙结构凭借良好的可操作性在高层建筑中得到广泛

应用，为更好发挥剪力墙结构的作用，还需要做好结构优化设计。 在进行设计的过程中，必须进行整体的布局考虑，结合建筑物特点， 完善剪力墙结构设计，进行合理的分析与计算，从而确保能够从根 本上发挥剪力墙整体效用，保证建筑结构设计质量。

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