剪力墙在高层结构设计中的应用

剪力墙在高层结构设计中的应用

曹立娟

身份证号：21102119771123xxxx

摘要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层建筑。剪力墙结构既抵抗侧向力又承受竖向荷载，由于它是截面高度大而厚度相对很小的“片”状构件，有着承载力大和平面内刚度大等优点。本文就剪力墙在高层结构设计中的应用进行分析探讨。

关键词：剪力墙；高层；结构设计

剪力墙结构是众多的建筑墙体结构设计方式比较常用的一种设计方式，其能够通过具有较高牢固性和凝固性的混凝土和钢筋对建筑底层进行设计，并且对建筑上层完成一个多层砌体结构。在整个剪力墙结构中，对上层的多层砌体结构设计施工时期关键设计和施工环节，也是整个建筑结构设计中的重点所在。

1剪力墙结构的种类及分类依据

1.1有壁式框架的剪力墙

这种剪力墙的特点是洞口的尺寸比较大，墙肢线刚度与连梁线刚度非常接近，剪力墙在受力后呈现剪切型，这种受力特点和框架结构非常相似。在高层建筑中采用这种剪力墙容易出现反弯点，在楼层处反弯图也有可能发生突变。

1.2截面剪力墙或者实体墙

这里所说的截面剪力墙是指墙体不开洞或者所开洞的面积不超过15%。这种类型的剪力墙在受力后的变形主要呈现为弯曲型，整体上看这种剪力墙像是一个悬壁墙，弯矩图上既不存在反弯点，也不发生突变。

1.3双肢或者多肢剪力墙

这一类型的剪力墙的特点是开口比较大，而且洞口一般成列分布。

1.4整体小开口剪力墙

这一类型的剪力墙开口普遍较小，但是开洞的面积比较大，一般不低于15%。整个剪力墙在受力后主要的变形方式是弯曲型，在整个墙肢上几乎没有反弯点，但在弯矩图的中心位置容易发生突变。

2在高层建筑工程项目结构设计中，剪力墙结构的设计原则

2.1科学探析墙体受力情况

在开展剪力墙结构设计工作时，设计人员必须深入的探究墙体结构的具体受力情况。这是由于墙体属于平面构件，所以其不仅需要承受弯矩以及水平方向的剪力，同时还需要承受竖向压力。所以在设计剪力墙结构时，一定要深入的探究剪力墙的具体受力情况，从而一方面保证墙体的强度，另一方面提升墙体的实际使用效果。

2.2注重平面内搭接的使用

由于剪力墙结构所具有的特殊性，这就使得在同一平面剪力墙结构所需要承担的承载力以及刚度相对较大，同时导致平面外的承载力以及刚度逐渐减弱。若是直接连接有平面外的梁体结构以及剪力墙，则会导致墙肢平面外弯矩逐渐提升。然而大多建筑设计，均会忽视墙的平面外刚度以及承载力大小的验算，从而导致墙体受力情况出现计算不足这一情况，导致安全隐患、问题出现。所以在开展剪力墙结构设计作业的过程汇总，需要有效的防止平面外的连接情况，若是不能够避免，则需要根据相关规定要求使用有效的加固手段，从而提升剪力墙平面外的稳固性以及安全性。

2.3注重超限的调整

在对剪力墙结构的连梁进行设计时，应当确保其连梁跨高比可在2.5之上，从而防止剪力超出要求或者是弯矩过大等问题发生。若是连梁结构的跨高不小于5，则一定要根据框架梁的标准要求开展结构设计工作，同时避免折减框架梁的刚度。另外若是框架梁结构的跨高比维持在5－6左右，需要合理的折减该结构的刚度，从而避免发生剪力超限或者是弯矩超出等问题。

3剪力墙在高层结构设计中的应用分析

3.1剪力墙结构在高层结构设计中的计算方法

为了保障建筑结构主体的质量，在进行剪力墙结构设计时要优先构建一套科学合理的设计方案。在剪力墙结构设计中，当剪力墙的结构处于受弯状态时，在形式设计上要以高细的为主，只有这样才能更好的展现剪力墙的延性，增强抗震的能力。与此同时，随着科学技术的不断发展进步，基本实现了自动化、智能化的剪力墙结构设计，为了提高剪力墙结构设计的效率，工作人员要充分利用设计工具，加深研究结构设计的实验。

3.2处理剪力墙约束边缘构件、墙肢以及连梁问题

3.2.1处理剪力墙肢

在剪力墙结构的设计中，当结构的高度比小于三时，剪力墙结构就会很容易发生脆性破坏，所以提高剪力墙结构的延性非常重要。当剪力墙的墙纸很长时，要想每个墙段拥有标准的高跨比，增强剪力墙墙体配能率，减小墙体受弯时出现的裂缝，可以在分解较长墙体的过程中使用开洞的方式进行；当剪力墙的墙肢长度大于8m的时候，大墙肢就会因无法承受剧烈振动带来的压力，从而遭到破坏。小墙肢也会因为较小的配筋率必将遭到破坏，所以要采取一定的措施解决这一问题。（1）可以采用开施工洞的方法，在工程施工的结尾将长肢变为短肢，形成抗震能力强的剪力墙；（2）也可以使用计算洞的方法，增强小墙肢的配筋率，从而加强剪力墙的抗震能力。

3.2.2处理剪力墙约束边缘构件

在设计剪力墙约束边缘构件时要依据最大平均轴压比率，在剪力墙矩形截面上设置约束边缘构件时，要对高层建筑墙板的稳定性进行具体详细的考虑，严格要求承载力的极限，将速度提高到40%，提高20%地震消耗能量的能力，将极限层间的位移扩大到一倍。

3.2.3处理剪力墙连梁问题

在剪力墙结构设计时，如果剪力墙连梁的高跨比很小时，就会受水平作用力的影响产生很强的内力，为了不使剪力墙的连梁发生变形，就要减少剪力墙连梁的刚度，折减的系数最小限度为0.5。

4实例应用

安徽省某工程为一幢32层的住宅区，建筑整体的结构形式为剪力墙结构，该建筑工程的总高度为96m，层数为32层。在该建筑设计中，设计使用年限为50年，结构的重要性系数为1.0，高建筑的所在的地震基本烈度为8°，因此需要按照地震烈度8°进行设计，在设计过程中，地震分组为第一组，设计基本地震的速度值为0.20g，特征性周期值为0.35s。该工程中的建筑高度为96m，因在该工程的剪力墙结构应>80m，抗震墙的抗震等级为二级。

剪力墙的厚度对剪力墙结构中的碳排量的影响进行分析，需要对剪力墙的墙体厚度对结构抗震性能的影响进行分析，本文选择300mm、320mm、200mm来作为该工程当中的标准层的墙厚度，对标准层的墙厚分为为300mm、250mm、220mm及200mm这四个模型进行分析，在不同的墙厚模型方面的振型周期是不同的，根据计算可以对周期进行计算，如表1所示。

如表1不同墙厚模型结构振型周期表

在对高层建筑进行剪力墙的优化设计时，需要对周期、周期比、振型有效系数、顶点位移、层间位移、层间剪力、剪重比及刚重比进行优化。对剪力墙的位置和数量进行优化时，需要保留刚度的变化处、楼梯间及电梯间的剪力墙，从而减少建筑内部剪力墙的长度，在结构内部增加一些周边剪力墙的翼缘长度，将剪力墙的墙肢尽量设计成为工字型或者T字型，可以有效减少结构中间部位剪力墙的长度和数量，保证建筑功能不变的同时建筑平面的布置更加灵活。

与此同时，还要在规定的范围内实现对结构内部的合理减少，尤其是轴压比相对较小的墙肢厚度，可以利用对剪力墙及连续梁的混凝土和钢筋材料进行合理调整的方式，来满足剪力墙结构中的各项抗震指标能够满足规范要求，有效提升高层建筑的剪力墙的抗震结构和稳定性。

综上所述，在建筑结构设计过程中，应该充分考虑建筑的实际特点，在剪力墙结构设计时，应该更加注重高层建筑的轴压比以及最大承载力、建筑结构扭转、结构变形等多种不同的指标要求，在满足这些不同指标参数要求的前提下，进行具体的设计。

参考文献：

[1]秦文智.高层建筑中剪力墙结构的优化设计[J].工程经济，2015（3）：63～69.

[2]朱悌鹏，张紫云.某高层建筑的剪力墙结构设计探讨[J].建筑工程技术与设计，2015（9）：642.