高层建筑剪力墙结构设计优化分析

杨海燕

摘 要：剪力墙结构是目前高层建筑中常见的结构形式，这种结构以抗震性能好和低成本的优点，在行业中受到广泛运用。所以说对剪力墙结构的科学设计是高层建筑设计中十分重要的环节。本文从剪力墙结构概念入手，分析剪力墙结构的优化设计，以及在优化过程中遇到的问题所采取的相应措施，希望能为剪力墙结构设计的完善提供指导性意见。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

1 引言

我国城市化进程的加快，城市土地资源与快速增加的人口数量呈现出突出的矛盾，为了在有限的空间内容纳更多人口，在现代城市建筑中高层建筑越来越多。而对于高层住宅建筑来说，结构的设计经常采用的是剪力墙结构。这种结构刚度大，在水平作用下侧向变形小，整体性能好，在危险发生时能很好的保障人们的生命财产安全。

2 剪力墙结构概述

剪力墙结构是指纵横向的主要承重结构全部为结构墙的结构。当墙体处于建筑物中合适的位置时，它们能形成一种有效抵抗水平作用的结构体系，同时，又能起到对空间的分割作用。结构墙的高度一般与整个房屋的高度相等，自基础直至屋顶，相对而言，它的厚度则很薄。因此，结构墙在其墙身平面内的抗侧移刚度很大，而其墙身平面外刚度却很小，一般可以忽略不计。所以，建筑物上大部分的水平作用或水平剪力通常被分配到结构墙上。

2.1 剪力墙结构的优点

剪力墙结构之所以在高层住宅建筑中得到广泛应用，是因为剪力墙结构体系，有很好的承载能力，而且有很好的整体性和空间作用，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此，可建造较高的建筑物，极大的加强了高层建筑的安全性。其次由于其使用的建筑材料是常见的钢筋混凝土材料，施工简单，成本相对较低，这种材料制成的墙体具有很好的延性变形和弯曲变形能力，能很好的防止墙体的脆裂。

2.2 剪力墙结构设计的经济性

对于高层住宅建筑来说，每个开间面积都不大，所以会有很多分隔墙的出现。这个时候利用分隔墙布置结构剪力墙同时满足建筑平面布置和结构布置的要求，使建筑内部更加美观整齐，也为后期做室内装修设计提供方便。另外，由于该结构具有很好的完整性和刚度，所以能节约钢材料的用量，减低施工成本，提高建筑的经济效应。

2.3 剪力墙结构存在的问题

剪力墙布置过多，剪力墙刚度很大将使结构的周期短，地震效应大，导致配筋率太高会造成浪费；另外，剪力墙结构墙体多为构造配筋，如果配筋率太低，则结构延性差。因此，剪力墙结构应遵循相应的标准要求，同时为了达到安全经济效果，必须做好实际判断，合理布置剪力墙使剪力墙处于受弯工作状态，才能让剪力墙具有有足够的延性，发挥其抗震作用。

3 剪力墙优化设计的分析

3.1 結构的优化

在高层建筑中，要对剪力墙整体布局进行设计，要尽量均匀的布置在建筑物的各个角落，例如：楼梯间和电梯间，还有一些平面形状变化和竖向荷载较大的位置。当平面的形状有凹凸现象，并且这种凹凸现象很大的时候，就需要在凸起的顶端附近设置剪力墙。当遇到及其不规则的平面时，我们应调整建筑方案以免引起扭转效应。另外，在对抗水平作用力和竖向荷载时要选择风压较小的形式，这样墙体受力就会均匀并且传力更直接。在竖向布置时，应使墙体体型均匀，避免较大的外挑和内收，避免侧向刚度和承载力突变大的结构。

3.2 剪力墙的优化

在剪力墙结构中，剪力墙的周边设置有梁或者暗梁。纵向和横向相邻剪力墙连接在一起形成“L”、“T”形或者是矩形，这些形状可以增加剪力墙扭转的阻力以及刚度。一个剪力墙结构中，在做墙体布置时要均匀放置，不要将个别的墙肢设置过长。如果出现这种情况，较长的墙肢在地震时承担的地震力会加大，一旦超过负荷，偏长的墙肢就会由于地震的作用力产生破坏，而其余的墙肢结构也不能起到抗震的作用，导致严重的安全隐患。

3.3 位移的优化设计

我们在设计楼层间位移的变化时，要根据相关的国家规定，考虑到扭转变形的情况。一般情况下，高层建筑想要防止楼层间和剪力墙的变化，通过减少扭转变形。对于剪力墙来说，它的最大作用就是要保证地震发生时建筑不受到影响。对于它的侧向刚度，一定要控制在规定范围内才会有抵抗地震的作用，同时还能节约成本。我们在做建筑楼层间位移的设计时，不仅要保证结构的合理性还要使相关数据达到合理范围，根据结构的实际计算情况来进行调整。这样才可以保证建筑的安全性，保证设计的合理。

3.4 连梁的优化

连梁在高层建筑结构中属于耗能构件，连梁在地震作用下，承受较大的剪力，容易发生剪切破坏，剪切破坏会降低结构延性，给抗震作用造成不利影响。连梁的剪压比与连梁的刚度和连梁所在的位置密切相关，为了降低剪压比，有时需要增加连梁刚度，有时需要降低连梁刚度。往往不提倡通过增加连梁高度，主要考虑到连梁刚度太大会使得剪力墙变成整体小开口剪力墙，导致结构整体延性变差，同时连梁高跨比太大其剪切效应十分明显，截面限制条件会更加严格，更容易发生剪切破坏，因此在设计过程中需要对连梁的“强剪弱弯”进行科学的计算，以维持连梁的结构性能。

3.5 配筋的优化

要对剪力墙墙体的配筋进行优化设计，第一要做的就是做好对材料的选择，其中最重要的就是钢筋材料的选择。首先，要对钢筋的不同型号的质量情况进行检查，这是最重要且不容忽视的一个步骤，只有钢筋质量合格才能允许进入施工场地。对于配筋的要求一定要符合规范标准，而且还要符合的最小的配筋率。在剪力墙设计中，还要特别重视的就是对墙体厚度的选择，虽然规范规定最小厚度为200mm，但在实际设计中通过验算其稳定性满足要求厚度采用180mm或160mm，也是可以的。同时，我们还要根据实际情况来进行剪力墙的设计，这样可以打大大降低投资成本。

4 剪力墙结构优化问题处理措施

4.1 方案的优化选择

对于不同建筑剪力墙的设计方案可以是多种的形式，例如，低于20层的建筑物，将传统的剪力墙结构改为短肢剪力墙结构，可以合理减少墙体用量，减轻结构自重，地震作用也随之减小，能够取得较好的经济效果和建筑功能效果。对于20层及20层以上的建筑物不适合运用短肢剪力墙结构。

4.2 加强剪力墙结构均衡设计

我们在做剪力墙的优化设计是还要注意加强对剪力墙结构的均衡设计。设计师在设计过程中要充分对实地进行相关数据的采集，还要根据建筑物平面的布局情况进行分析，得出可能出现的各种突发情况，对高层剪力墙的结构进行合理均衡的设计，并能做出最合适的受力均衡的方案，是整个建筑的剪力墙结构做到受力均匀。

4.3 完善管理机制

在对工程的施工中，需要加强对施工过程中的质量管理及监督检查，确保施工人员能够按照已定的设计方案进行施工，不得擅自修改设计方案，并建立全面完善的管理制度，要求管理人员按照规定的管理条例施工，为整体的施工质量做好保障，同时加强施工人员的团队合作意识及主人翁责任感。

5 结束语

近些年来，我国剪力墙工艺发展越来越快，取得了不斐的成绩。但是在工艺发展的过程中也存在着一些问题，我们应该提高对高层建筑墙结构设计的水平，并根据建筑的特征及地理条件进行设计。本着实用科学、经济、安全的原则进行设计。从而更好的提高该行业的设计施工水平，为建筑工程提供稳定的结构支撑。

参考文献：

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[2] 吕鹏飞.基于绿色建筑的高层剪力墙结构优化设计[J].工业，2016（9）：148.

[3] 陈永辉，焦柯.高层住宅结构剪力墙优化布置探讨[J].广东土木与建筑，2015（5）：3～5.