高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计分析

李柳

摘 要：在我国现阶段的城市中，高层建筑越来越多，在建筑工程中剪力墙结构设计的应用越来越广泛。近几年，我国城市得到了飞速发展，建筑工程也不断向高层方向发展，在建筑工程设计过程中，为了满足在抗震方面的需求，出现了许多新结构形式，剪力墙结构是其中最为常见的一种，并且也得到了广泛应用。在高层建筑中对钢筋混凝土剪力强结构进行应用，能够提高墙体的抗震性，并且能够避免建筑工程室内出现梁柱，确保了建筑工程的美观性，以及应用的方便性。由此可见，加强高层建筑混凝土剪力墙结构设计分析意义重大。

关键词：高层建筑 钢筋混凝土 剪力墙结构设计

近几年，随着土地资源的日益紧缺，我国的土地政策和购房政策的持续性调整和优化，促使我国房地产商不断地拔高楼房的建设，高层建筑住宅的容积率相对较高，已在我国成为一个普遍的趋势。目前，从现有的技术而言，相对实用和经济的住宅要数钢筋混凝土剪力墙结构了，其也是当前我国高层建筑中使用最多的一种结构体系。虽然钢筋混凝土结构具有较大的经济性和实用性，但是开发商为了进一步的减少工程造价，降低住宅成本，会要求在设计的同时对住宅钢筋和混凝土的用量进行限制，这种限制在合理范围内并不会导致房屋质量的下降，这就要求设计公司在对房屋结构设计时进行不断的优化，以提升房屋结构的安全性和使用功能的经济合理性。

一、多层住宅优势和存在的问题

在过去的十几年中，多层住宅主要以砖混结构为主导，其优势在于施工的便捷性、建筑材料容易获得;其次，工程造价低，对于房屋建筑的维护费用也相对低廉;住宅的户型、朝向和通风都相对较为完善，较适合我国南北方居民的居住习惯;住宅相对较低，利于居民到户外运动。随着我国经济发展，人们对物质生活水平要求的不断提高，资源也在日益的匮乏，尽管低层的砖混结构仍然具有一定的发展优势，但因其存在的问题也引起了人们的关注，如占地大，对于土地资源匮乏的今天，矛盾显得尤为突出，几十年来，我国城市住宅多以砖混为主，从节地角度来说，它以平面化的模式为主。

多层住宅的节约用地也仅仅体现在降低高层、加大进深、东西向布置、缩短间距等手段进行。另外，对于砖混结构的房屋，使用了大量的粘土砖，造成了土地资源的浪费同时污染了周围的环境。由于技术限制，以前的砖混结构采用的粘土砖87%以上均为实心砖。据了解，我国的制砖企业有10万余家，每年要烧制的砖头相当于100万亩土地。每年生产的实心粘土标准砖头将近6千亿块，需要耗能6千万吨煤，占了我国全年能耗比的5%左右。而对于发达的国家，如美国、日本等，只有2%左右;砖混结构另一个缺点就是其节能性较差和适居性问题，尤其是对于老年住宅用户而言，5楼和6楼上楼不方便，特别是对老、弱、病、残等人士尤其困难。根据对小区用户的调查，大多数居民不愿意住在5楼和6楼。

二、 高层建筑剪力墙结构的优、劣势

在建筑结构设计中，结构体系选型十分重要，直接影响到结构安全性、抗震性能、造价以及后期的使用功能。我国现代民用高层钢筋混凝土建筑结构常见的有以下几种：框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构。

本高层住宅楼项目采用的是剪力墙结构，此种结构在高层住宅中的应用之分普遍，与住宅的墙体多、面积不大的特点相适应，相应的此种结构往往不适宜公共建筑[1]。

剪力墙结构体系有其优势、也有其劣势，具体归纳如下：

①优势：承重墙、分隔墙连成整体，经济性良好，尤其在高层宾馆、住宅等十分适用;简洁、宽敞，用户可根据实际需求改造，使用功能较好;抵抗水平荷載能力强，侧移小;结构质量大，可吸收更多的地震能量，安全性高。②劣势：抗侧移刚度大，因此某些情况下易引发强烈地震反应，威胁结构安全;结构延性较差，由于采用的是构造配筋，配筋率不高，虽然结构较为灵活，但是延性却受到了影响。

三、高层住宅钢筋混凝土剪力墙结构优化设计

（一）钢筋混凝土剪力墙特点分析。所谓钢筋混凝土剪力墙，就是指通过用钢筋混凝土的墙板来代替框架结构中的梁和柱，达到房屋建筑中不同构件所产生的负荷，是一种能够很好的控制水平力的结构。对于钢筋混凝土剪力墙的特点而言，主要体现在一下几个方面：（1）具有较好的抗侧力能力;（2）侧向的刚度大，在水平负荷下发生偏移的概率非常小，在剪力墙结构下住宅的空间特性也体现的非常的简单和宽敞;（3）由于剪力墙比框架结构的自重要大，因此对于地震的反应也相对较大;（4）剪力墙的施工条件比框架结构要更加的麻烦，工程造价也相对较高。虽然剪力墙的结构也存在着许多的不足，但对比发现，剪力墙的利要大于弊，使其更多的运用在住宅建筑中。

（二）高层住宅钢筋混凝土剪力墙结构优化设计原则。在高层剪力墙住宅建筑标准中，剪力墙自身的钢筋量约占到了总钢量的45-65%左右，剪力墙周边结构或者构件的用钢量占到了30-50%，以上数据根据调查，采用的是抗震强度为7度的剪力墙结构;剪力墙设计结构的好坏直接关系到住宅的经济指标，同样关系到居民住宅的安全性。因此在高层住宅剪力墙设计中应该概括为以下几个方面：1）尽可能的对剪力墙的数量进行优化，减少剪力墙的数量;2）在对不同墙肢设计时，应该尽可能的减少边缘构件的数量;3）通过优化，采用较少的抗测压构件达到较为满意的效果。

四、结构设计优化原则

在建筑尤其是高层建筑住宅结构设计过程中，剪力墙是必不可少的部分，该种结构具有抗侧刚度大、施工操作方便简单等优势。从剪力墙本身结构来看，其刚度相对较大，小震范围内可保持一定的弹性;如果震作用相对较大，则连梁耗能以后就会有效吸收地震剪力，然后屈服，在塑性铰的作用下使其协调变形，从而降低剪力墙结构刚度，地震作用也因此而减小。在结构优化设计过程中刚度较大时，地震抵抗能力就会越强。在实践中可以看到，剪力墙无限增加，虽然可以增强结构刚度，但是也会增加自身的质量，进而使地震作用扩大化。在这种情况下，建筑工程项目施工建设费用和成本就会大幅度提升。因此，剪力墙结构经济性与刚度关系的处理是提高设计质量的关键所在。

具体而言，在结构墙建设以及布设过程中，平面上的各个方向应当保持均匀，而且竖向上的构件切忌中断;查看剪力墙结构试算结果，使结构的位移角接近规范限制，充分发挥剪力墙的抗侧向刚度;核查计算结果，应当能够有效满足周期要求以及规范位移要求，其核查底部的剪力值应当处在合理范围之内。上述操作的主要目的在于达到结构刚度合适、工程造价合理的目的。

五、结束语

近几年，我国建筑行业得到了快速发展，其也不断向高层方向发展，在此背景下，剪力墙结构的应用也变得更加广泛。在高层建筑建设过程中，应当将剪力墙结构的优势得到充分发挥，从而使建筑的抗震性和安全性。在高层建筑中的剪力墙结构设计时，应当充分结合实际情况进行适当优化，确保设计方案的合理性与可行性，同时也达到节约能源，保护环境的效果，最终促进建筑行业的健康发展。

参考文献：

[1] 冯永胜.高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计分析[J/OL].河南建材，2019（02）：34-35[2019-04-24].https：//doi.org/10.16053/j.cnki.hnjc.2019.02.019.

[2] 刘福旺.高层建筑混凝土剪力墙结构设计分析[J].建材与装饰，2018（23）：110-111.

[3] 姜剑飞.高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计[J].建材与装饰，2017（40）：75-76.

[4] 王建业.高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计探讨[J].工程技术研究，2017（03）：223-224.