关于高层建筑中剪力墙结构应用的探讨

张磊

摘    要：近几年来，随着城市化进程的加快，为了提高高层建筑整体的承载性、抗压性以及耐用性，剪力墙结构的设计与应用受到了建筑行业的高度重视，剪力墙结构主要作用是抵抗水平向压力及竖向压力，从而有效的避免各种自然灾害对建筑物造成的损害。接下来本文就高层建筑中剪力墙结构的应用进行分析，从而提出一些合理化的建议。

关键词：高层建筑;剪力墙结构;结构设计

1  引言

剪力墙 （shear wall）又称抗风墙或抗震墙、结构墙。建筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载{重力}的墙体。防止结构剪切破坏。将墙体设置于建筑中的适当位置时，它们之间就可以形成一种有效抵抗水平作用的结构体系。剪力墙是高层建筑中不可或缺的一部分，能够抵抗各种荷载引起的内力，还能使室内空间合理布局，在进行设计时一定要考虑其经济性、科学性、合理性，充分发挥其作用。

2  框架剪力墙结构的特征

2.1  框架剪力墙结构的受力特征

框架剪力墙结构主要由框架与剪力墙两部分组合而成一种新的受力形式，与传统建筑结构形式具有很大的区别，在建筑低下的楼层，一般情况下剪力墙的位移比较小，变形的特征是拉着框架按照弯曲的曲线变形，并且能够承受大部分的

水平力。而建筑上部分结构则会发生较大的位移，并且具有外侧的趋势，但是因为框架具有内收的趋势，框架拉剪力墙按照剪切型曲线变形，除了要承担外荷载产生的水平力，同时还承载了将剪力墙拉回的附加水平力。针对此特点，对于独立的框架剪力墙结构，可以将其看作为独立垂直于地面的悬臂梁，受力变形特征

为弯曲型，并且层间变形特点为上大下小。

2.2  框架剪力墙结构的刚度特征

通常情况下，当剪力墙基底的弯矩达到总弯矩的23%左右，我们就可以认为框架剪力墙结构的受力性能已经近似与纯框架结构了，这个时候，就应当要按照框架结构来对抗震等级进行划分，并采取相应的结构措施。而当剪力墙基底的弯矩达到总弯矩的80%左右，也就是当框架部分承担总弯矩的20%左右时，其框架自身所具备的刚性也会不断的缩小，这时则必须要采取相应的措施对结构进行强化，从而达到抗震、减震的目的。

2.3  框架剪力墙结构的抗震等级特征

在框架剪力墙结构的设计当中，框架剪力墙结构的抗震等级应当按照《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》进行确定，并遵循相关的规定对剪力墙刚度和框架刚度之间的比例进行合理的设计。

3  剪力墙结构在建筑物中的设计原则

3.1  墙体受力

剪力墙结构的主要施工材料为钢筋混凝土，在以往的高层或多层建筑中，多设计为框架结构，剪力墙结构设计的应用，能够通过钢筋混凝土结构承载建筑内力，确保建筑整体的水平承载力。剪力墙结构设计需要科学计算墙体受力状况，深入分析墙体结构的各部位受力因素，由于建筑项目中墙体属于平面构件，因此需要多个方向受力，无论是水平剪力还是竖向压力，都需要在设计中充分计算，确保设计完成之后墙体能够承受各个方向的剪力，使墙体强度达到建筑项目的实际要求和标准。

3.2  墙体搭接

剪力墙结构是一种特殊的结构形式，该结构在同一平面需要承载的压力、剪力以及刚度都相对较大，平面外的压力、剪力、刚度则相对较弱，由此墙体搭接就尤为重要。若剪力墙结构与梁体结构直接连接，很可能出现平面外弯矩增加的状况。剪力墙结构设计应该注重平面外刚度、承载力的计算和验算，确保验算结果与剪力墙承载的实际要求一致，若没有经过精确的计算贸然连接墙体，则很可能为整个建筑留下安全隐患。防止平面外连接隐患是剪力墙结构设计的重要原则，若特殊情况难以避免，应该在保障建筑质量的前提下，按照相关的要求和规定设计加固措施，进而提升剪力墙平面外的稳固性。

3.3  超限控制

超限控制和调整是剪力墙结构设计的核心要素，主要体现在连梁设计中。在设计过程中，连梁跨高比应大于2.5，否则很有可能会出现剪力和弯矩超过标准限度的情况。但并不代表着剪力墙结构跨高比越大，那么结构性能也就越为良好。根据以往设计经验了解到，当剪力墙结构的跨高比值在5～6 范围之内时，剪力墙结构就会出现异常情况，对建筑工程质量造成不良影响。在实际设计过程中，要结合工程项目的实际状况，按照相关的要求和标准展开设计，通过科学的计算和调整，避免剪力超限，同时也能一定程度的减少造价成本。

4  高层建筑剪力墙结构的优化设计策略

4.1  剪力墙结构抗震能力的设计

高层建筑中剪力墙结构的设计对抗震能力起着关键性作用，剪力墙水平方向的刚性强度比较大，完全可以抵制小型地震。随着高层建筑刚性强度的增加，它的抗震能力也随着增加，但是成本投入也比较大，因此我们要对高层建筑进行合理的设计，争取做到“低消耗、高效益”。接下来从两个方面来谈一谈如何做到“低消耗、高效益”：①控制剪力墙结构水平方向的位移;水平方向的位移要满足高层建筑规定的位移限制值。②地震力的控制;当地震力较小的时候，剪力墙结构的抗震能力和位移值会出现满足要求的假象，因此只有底部剪力满足要求的情况下，对位移、内力、配筋进行合理的设置才有意义，同时还要调整剪力墙结构底部的剪力系数，只有更深入的了解剪力墙结构的设计，才能全面提高高层建筑的实用性。

4.2  合理处理边缘构件

剪力墙的边缘构件有两种，分别是构造型边缘构件和约束型边缘构件，在设计时应根据建筑的具体结构形式进行选择。针对那些底部位于加强部位上的和不具有抗震性能的高层建筑的剪力墙应该选择构造型边缘构件，针对那些位于加强部位以及高层建筑和重荷载下墙体的轴压比平均值大于或等于所规定的数值时，一般选用约束型边缘构件。

4.3  剪力墙结构的厚度与配筋

根据高层建筑混凝土结构技术规程的相关规定，剪力墙的截面厚度应符合下列规定：剪力墙的抗震等级为一、二级时，底部加强部位厚度不应小于200mm，其他部位不应小于160mm;一字形獨立剪力墙底部加强部位不应小于220mm，其他部位不应小于180mm.剪力墙的抗震等级为三、四级时，不应小于160mm，一字形独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180mm。对剪力墙结构进行配筋处理时，剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率，一、二、三级的均不应小于0.25%，剪力墙的竖向和水平分部钢筋的间距均不宜大于300mm，直径不应小于8mm。剪力墙的竖向和水平分部钢筋的直径不宜大于墙厚的1/10。不同部位的边缘构件配筋率不同，以此来确保各部分结构的刚性强度和抗压性。另外，高层建筑物中剪力墙主要抵抗水平方向的压力，因此一般情况下水平方向的钢筋铺设在外侧，竖直方向钢筋的铺设在内侧，以此提高建筑物抗侧移的能力。除此之外水平方向钢筋的铺设可以提高剪力墙的耐高温性。对于一些建筑中面积较大的墙体，它的剪力墙配筋率要高一些，特别是大型建筑的连梁和一些受热比较大的墙体，以此来确保高层建筑中剪力墙使用的稳定性。竖直方向提高混凝土配筋率是为了减小建筑墙体出现弯曲变形、扭曲变形的可能。

5  结语

综上所述，剪力墙结构在高层建筑的应用十分广泛，不仅能优化建筑结构的设计，还能够保证建筑结构的稳定性与安全性。尽管应用广泛，但是剪力墙结构的设计仍然存在着许多问题，我们应该对其进行分析，根据实际情况提出相应的优化措施。完善剪力墙的结构设计，保证剪力墙结构设计质量。

参考文献：

[1] 谭剑锋.谈剪力墙结构在高层民用建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2016（31）：530.

[2] 马红艳.高层民用建筑剪力墙结构设计[J].科学时代，2015（5）：65～66.