高层建筑结构设计特点与剪力墙设计

林燕

摘 要：高层建筑是城市化发展的重要标志，高层建筑楼层多、高度大，所以对建筑结构的设计也提出了更高的要求。本文介绍了高层建筑结构的设计特点，对剪力墙设计，及不同结构类型的剪力墙设计方法进行了探讨，以供参考。

关键词：建筑结构；设计特点；剪力墙设计

引言

近年来，在剪力墙结构优化方面，许多专家投入了大量的研究，并取得了一些成效，尤其是在结构构件方面。然而，到目前为止仍然没有一个成熟的数学模型。因此，相应的施工单位要对剪力墙结构设计现今所存在的问题进行分析的基础上，通过合理的优化措施来实现结构设计的优化，进而促进建筑工程的后续发展。

一、剪力墙结构概念

剪力墙又被称为抗风墙、抗震墙或者结构墙，是一种剪力墙体，它实际厚度较小，但建设规模较大，主要采用钢筋混凝土墙来代替传统框架中的梁柱，承载外界的各种压力，自身所具备的承受能力较高，与柱子的受力程度不相上下，并能够控制结构的水平力。剪力墙结构是建筑物主要的支撑结构，不能被拆除或无法被轻易破坏，承受的压力主要是外界风力或地震等自然灾害引起的水平荷载，抵抗来自外界的破坏，在一定程度上提升建筑的稳定性和安全性。根据墙体开洞的情况，通常将剪力墙分为双肢或多肢型剪力墙、壁式框架剪力墙等类型。

二、高层民用建筑剪力墙结构的设计特点

2.1 剪力墙结构的设计特点

为了剖析高层民用建筑剪力墙结构稳定性设计的特点，有必要认识民用建筑的结构与剪力墙的混凝土结构。通常来说，高层民用建筑纵向和横向承载力与结构的设计有关，剪力墙结构形状增加了结构的稳定性，结构设计时应考虑到墙体结构抗震性能和自然摆动性能，以防止变形，因此剪力墙结构设计具有良好的稳定性。

2.2 剪力墙结构的分类和结构设计要求

根据墙肢是否开设洞口， 可将剪力墙分为以下几种：整截面剪力墙、壁式框架、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙。整截面剪力墙为开洞较小或无开洞的墙，整个剪力墙类似竖向的悬臂杆；当剪力墙开洞面积很大，连系梁和墙肢的刚度均较小，这类剪力墙称为壁式框架。当剪力墙开洞介于以上两者之间时，根据连系梁刚度的大小，可分为整体小开口剪力墙和双肢或多肢剪力墙。整体小开口剪力墙指的是孔面积超过15% 但开口面积较小的墙。这堵墙的受力特征是弯矩图上的变化，但是在整个高度上没有回弹点或者只有一个点。双肢或多肢剪力墙是指具有大孔区的墙，该墙的力学特性类似于上述带有小开口的整体剪力墙。应做好连肢墙的结构设计，并特别注意墙肢轴压比的计算。掌握剪力墙结构设计的具体要求，优化结构设计细节，是高层民用建筑剪力墙结构设计的重要内容。

三、高层建筑剪力墙结构设计策略

3.1 确定剪力墙墙肢的长度

剪力墙的截面高度就是剪力墙墙肢的长度，墙肢的长度直接关系到墙体结构的稳定以及外观是否协调。一般来说，剪力墙的墙肢长度在8m以内，在实际施工的过程中为了确保墙体结构的延展性，减少外力情况下对于墙体的损坏，可以将剪力墙的高度与宽度比例相差较大的地方进行弯曲设计。部分的建筑墙体在实际的施工过程当中由于墙体的长度跨度比较大，为了确保墙体高度与宽度比值在合理的范围之内，可以采用墙体连续开洞的方式，将墙体间隔长度较小、均匀的、连续的剪力墙肢墙。墙体跨度较大的墙，在进行连续开洞时需要结合弯矩约束较小的连梁，通过这种建筑设计的应用可以有效的保证墙体结构的稳定。

3.2 规定剪力墙的具体厚度

国家在建筑设计中明确规定在进行剪力墙设计，剪力墙的界面尺寸必须符合建筑的抗震等级需求。剪力墙在进行抗震等级设计时，需要增强墙体底部的厚度，确保墙厚度满足最低200mm 的标准，对于墙体的其他部位也要满足最低标准160mm 的要求，而独立的剪力墙在工程实施的过程中底部厚度要满足最低标准180mm。

3.3 平面布置

根据剪力墙设计的原则及要点，在对剪力墙的平面布置时，要符合均匀对称的要求，确保两大中心即刚度中心和质量中心能够重合，增强结构的稳定性。内在剪力墙和外在剪力墙要尽量拉直或者延伸，这样可以避免一些不平衡力的出现。除此之外，在进行抗震结构设计时，最好对剪力墙进行双向或者多向设置，以便于更大程度上发挥剪力墙的功能作用。同时，还要重视剪力墙结构抗侧力刚度的设计。结合实际，根据相关的计算公式精确地算出抗侧力刚度数值，避免抗侧力刚度过大导致墙体的自身重力上升以及产生过大的震力，不仅增加建设的成本投入，还影响建筑的稳定性和可靠性。

3.4 连梁设计

剪力墙连接梁作为连接墙肢结构的重要构件，如果被过度加固、压缩变形，对整个施工项目的整体质量控制效果影响很大。在剪力墙结构设计过程中，应适当调整剪力墙连接梁的高度，并根据工程实际情况，科学地设计整体高度，以避免因尺寸增大而导致连接梁变形。严格控制剪力墙结构塑性标准，适当调整抗震设计。通过对载荷的科学分析，在可控范围内，结合不同的应力条件，进行相应的计算，从而选择更科学的实施对策。

3.5 配筋设计

配筋设计需以剪力墙的厚度为依据，当墙体厚度大于0.7m 时，应采用四排钢筋，并设置主筋。在应力下应均匀排列成一行。当墙体厚度小于40cm时，应采用双排钢筋；当墙体厚度为40～70cm 时，应采用三排钢筋。在第一、二、三、四级抗震设计和非抗震设计中，剪力墙竖向配筋与水平配筋的配筋率应不小于0.25%，配筋直径应不小于8mm，间距应不大于30cm。对某些框支剪力墙结构，配筋率应不小于0.3%，配筋直径应不小于8mm，间距应不大于20cm，非抗震设计应不小于0.25%。

3.6 边缘构件设计

剪力墙的边缘构件可分为两类：边缘构件的构造和边缘构件的约束。这两部件的设计方法不同。合理设计边部结构可以使剪力墙结构更加合理。受限边缘构件主要为暗柱、端柱和翼壁。这些边缘构件在砖混结构中起约束作用。当结构刚度较小时，在地震作用下，层与不动点之间的位移较大。此时，边缘构件也会起到相当大的约束作用。因此，应适当增加暗柱和端柱等边缘构件的截面尺寸来加固。受限边缘构件沿墙肢方向的长度和箍筋的特征值应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》的要求。

四、结束语

综上所述，本文针对高层建筑剪力墙结构设计问题进行了相应的分析与探讨，并总结出了相应的优化措施，相应的设计人员要做好结构整体与局部的协调工作，通过对剪力墙结构设计方案的制定、平面形态的优化以及合理的平面设置来提高整个剪力墙结构的使用效能，进而提高高层建筑结构设计质量，确保建筑结构的稳定性和安全性，推动建筑企业的稳定发展。

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