高层建筑剪力墙结构优化设计分析`

高层建筑剪力墙结构优化设计分析`

李海宁

安丘市华安建筑安装有限责任公司山东安丘262100

摘要：剪力墙结构体系在高层建筑中的使用非常广泛，是因为这种结构体系在建筑方面具有更高的可操作性，而且在质量上也有可靠的保证。所以为了更好地利用剪力墙结构体系，使得剪力墙结构体系的优势得到更大地发挥，在结构设计上进行优化，掌握好各种因素对结构的影响，从而进行结构的科学合理布置和方案的设计实施。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

1剪力墙结构体系优化设计原则

1.1利于抗震，承载能力强

在剪力墙结构体系设计的时候，首先要考虑到其安全性，所以要在设计的时候遵循荷载能力强，有利于抗震的设计原则。在设计中，为了遵循这一设计原则，必须要对剪力墙的适宜刚度和合理数值进行科学考虑。在整个体系当中，剪力墙是最重要的抗震构件，根据以往的经验，在地震中，剪力墙刚度越大，所受的损伤就越小，但是刚度越大，其工程成本也就越高，所以在刚度设计的时候，要把握好尺度，在经济的原则上合理把握剪力墙的数量，使其既满足承载能力的要求，又不会造成额外的成本支出。对于剪力墙数量，一般考虑两个因素，一方面控制结构的水平位移，另一方面就是控制地震力。这二者进行综合考虑数量即可确定。

1.2材料力学性能明显

在进行结构优化设计的时候要考虑两方面的因素。应该尽量的减少小墙肢和短肢墙的数量。在高层建筑中，剪力墙结构的侧向刚度取决于剪力墙的侧移刚度，通过减少小墙肢和短肢墙的数量来发挥建筑材料的力学性能，在设计成本方面会有很大的节省。在设计中要控制墙肢长度的差异。墙肢长度的差异过大，不利于材料力学的完整性体现，也会影响整个结构体系的受力。

1.3结构经济合理

在建筑中材料浪费是造成建筑成本升高的主要原因，所以在剪力墙结构体系的设计中，要做好短肢墙中箍筋和水平分布的钢筋的合并，这种合并设计会使得工程中的钢筋用量减少，但是并不会影响工程质量，是节约成本的重要设计环节。要合理处理剪力墙的开洞。在高层建筑当中，除去必要的门窗洞之外，往往还需要根据结构布置设计结构洞。从优化设计的经济原则考虑，剪力墙尽量设计为长墙，以此来减少结构洞，从而减少建造成本。

2剪力墙结构优化设计要点

2.1剪力墙定位

对于剪力墙的定位，需要按照估算好的数值、划线定位，保持平面的均匀与对称在标准范围，同时，内外墙体需要直通，墙体直截而保持简且有规则。

2.2承重设计

对剪力墙的承重结构设计有利于高质量完成建设任务，剪力墙结构设计人员应该在充分了解相关政策和施工数据的基础上，进行剪力墙的各个承重构件设计，确保建筑整体质量和承重能力。在对剪力墙承重构件设计时，还需要对原有的技术和结构进行优化升级，准确计算墙体的配筋率。

2.3墙面合理规划

建筑墙体除了需要保持均匀与对称，结构重量与刚强度重合，墙体直通外，还需要注意墙体的主轴路线，应当考虑到主轴双向与多向性。从抗震功能的角度思考时，如果剪力墙抗

震动力度大时，就墙体的刚韧性有所降低，两者应当控制在合理的数值范围，避免相互制约的现象，其中剪力墙侧向刚度的数据可以用以下公式计算：

T=（0.05-0.06）×n

式中：n为约力墙结构层数。

在是施工过程中，还需要考虑到的就是剪力墙的施工工期、材料耗费等投入的成本问题一级施工过程中存在的安全隐患问题等，规划好各个方面，从而对剪力墙结构进行科学构建。

2.4控制墙体配筋

剪力墙结构有耗钢量大的特性，而且在我国，这种建筑结构在工程建设中应用较广，合理控制配筋量可以在资源和经济上都有很好的节约作用。在具体控制方法上，比较常见的是满足规范配筋最小值的前提下，将水平钢筋外侧、竖向钢筋内侧布置。迎水面保护层在采用双向钢筋网片时，可以很大程度上减少配筋量，其厚度可降为30mm。

2.5约束边缘构件

在建筑结构设计中，约束剪力墙边缘构件对其进行处理可以使剪力墙在相同条件下发挥更大的作用。由约束边缘构件和构造边缘构件这两种方式构成了剪力墙的约束边缘构件处理，各有优缺点，综合比较来看，构造边缘构件在建筑承载力上有更好的表现，而有约束边缘构件则在抗震性和稳定性上优于构造边缘构件，所以应按具体项目具体需要进行选择。

3工程实例分析

3.1概况

某工程为高层建筑混凝土剪力墙结构，这项工程的总建筑面积约12570m2，建筑的总层数为地上32层，局部33层，地下共有2层，楼层的层高均为2.8m，整体建筑的高度是92.4m。此工程的设计基准期为50年，设计的抗震强度是9度。此工程在设计的时候，关于抗震强度的参照依据是当地的抗震设防强度，在整体设计构造上也严格的按照GB50009－2012《建筑结构荷载规范》的要求来进行。总体来说，此工程在剪力墙结构优化设计方面做了非常到位的工作。

3.2结构方案布置

此工程在结构方案的布置上并没有内收外挑的情况，整体布置具有一致性，只是在屋面层存在着楼板跃层和局部突出的现象。在优化结构整体方案的布置上，建筑竖向刚度的变化主要体现在分段式改变结构构件的截面尺寸和混凝土的强度等级方面，为了方便施工，也为了建筑质量的统一性，改变的次数不宜过多。但是从结构受力的角度来分析，改变次数过少就会造成每次改变的刚度突变，这样的刚度改变对于建筑存在安全隐患，所以在综合考虑的情况下，决定将改变结构构件截面尺寸和混凝土强度等级错开使用，避免出现同楼层的刚度突变。在这样的结构布置下，为了加强建筑物安全，混凝土的强度等级由下而上逐渐递减，一方面是考虑荷载力，另一方面就是考虑混凝土等级的渐变性。

3.3参数取值设计

为了使得结构设计更加优化，在参数取值上也进行了多方面考虑，最终设计的参数取值如下:就容重方面而言，混凝土容重为27.5kN/m3，钢材的容重为77.0kN/m3，对于梁、柱、墙的主筋和箍筋的强度以及墙分布筋，还有边缘构件的箍筋强度均取用360N/mm2。在阵型组合数方面共采取18个阵型，而将连梁刚度的折减系数取值为0.55。在整个设计中，全部只考虑偶然偏心的影响，而将双向地震作用排除在外。另外就是在计算的时候，通通利用的是平扭耦连的方式进行抗震计算。

3.4结构优化对比分析

在剪力墙结构的对比分析中，通过对设计效果的整体把握，分别从四个方面进行了对比。楼层的侧移刚度。楼层侧移刚度是剪力墙体系中的重要内容，此次对比是将以往的剪力墙结构和优化设计下的剪力墙侧移刚度进行对比，结果发现在优化结构设计下，虽然剪力墙在材料等方面做除了节省，但是其侧移刚度依然保持着很好的质量安全。楼层层间位移角的对比。楼层位移角的对比主要是根据GB50045－95《高层民用建筑设计防火规范》的要求对其进行质量方面的比较。对地震反应力和减震比的对比。周期比的对比。通过四方面的对比发现，在结构的优化设计下，整个高层建筑的质量安全完全在建筑标准要求之内，而且由于在设计上进行了优化，各方面的水平都具有了显著的提高，也节省建筑成本。

4结论

综上所示，剪力墙结构设计将影响到建筑施工的可行性、使用安全稳定性以及工程质量等，因此，在进行设计的过程中，必须进行整体的布局考虑，结合建筑物特点，完善剪力墙结构设计，进行合理的分析与计算，从而确保能够从根本上发挥剪力墙整体效用，保证建筑结构设计质量。

参考文献：

[1]陈光华.高层建筑剪力墙结构优化设计分析[J].建材与装饰,2015,51:91-92.

[2]李骏如.高层建筑剪力墙结构优化设计探析[J].建材与装饰,2015,52:107-108.

[3]郑晓亮.高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].江西建材,2015,23:15+21.