高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨叶庆彬

高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨叶庆彬

叶庆彬

广东博意建筑设计院有限公司528311

【摘要】随着经济的发展和科技的进步，我国建筑行业迎来了飞速发展的时期，人们生活水平的不断发展，就使人们对建筑的要求也不断增加。高层建筑的剪力墙结构对整个建筑的质量有重要影响，但是在现实生活中，这部分结构的建设还存在一些问题，所以需要不断对其进行优化设计，保证设计的方案能够科学、合理，切实发挥其作用。本文主要对高层建筑剪力墙结构的优化设计进行分析，以便为相关设计的发展提供借鉴。

【关键词】高层建筑；剪力墙结构；优化设计

一、引言

在高层建筑中，剪力墙的结构具有重要的作用，是建筑的墙体设计中比较普遍的一种方式，能够借助具有很高的凝固性和牢固性的钢筋和混凝土对高层建筑的底层等进行设计，还能够使建筑的上层形成多层的砌体结构。剪力墙结构具有很强的综合性，投资的成本也比较低，与其他的结构相比具有很强的优势，随着社会的发展，这种结构在建筑中的应用也越来越广泛，所以就要注意对其进行设计的质量，切实发挥其作用，以便促进整个高层建筑质量的提高。

二、剪力墙结构概述

剪力墙结构在高层建筑中应用时，不仅要和建筑的整体结构相结合，还要对建筑平面的结构进行满足，它在建筑内能够发挥抗风、抗震的作用，是整个高层建筑中主要的承载结构。剪力墙的结构空间比较小，所以在进行使用时，一般都是借助混凝土的结构当做楼层盖板，这种做法不仅可以节约高层建筑的楼高，还能够有效的提高对建筑空间利用的效率。而且，剪力墙结构在高层建筑的整体和空间结构中，具有很强的承载力和抗侧力的性能，但是其也有一些缺陷，对其进行设计的灵活性比较低，对空间的间距有很大的限制，在一些大型的建筑中不太适用。

三、剪力墙结构的设计计算和规范

剪力墙结构的设计计算主要对其正截面的承载力和斜截面的受剪力等进行计算，计算时要对其整体的结构和规划进行详细的研究，计算的原则如下：首先要和施工的图纸设计一致，荷载的取值要准确；地下室的层数要具体，整体的参数和内力的配筋参数需要与整体的分析程序相匹配；地下室的车板道和雨棚、楼梯和顶板、侧壁和人防以及水池的壁板等构件的补充计算要尽量使用其他的软件计算，不相干的工具可以进行手算。设计的规范：高层建筑中，剪力墙墙体的厚度需要超过160毫米，对底部进行加强的厚度要超过200毫米，使用竖向的钢筋对墙体的边缘进行配筋，保证墙体的稳定。

四、高层建筑剪力墙结构的优化设计

1.设计的前提。高层建筑的剪力墙设计有必要性前提，设计具有比较多的原则和概念，设计的人员在对高层建筑进行设计时，可以把建筑当做竖直置放嵌固在地基中的开孔带，因为高层建筑大多是巨型的空间结构，所以不仅需要对所有的荷载重力进行承受，还要以此为基础保持整个结构的稳定。而且，高层建筑的剪力墙结构需要确保建筑中填充墙、装饰等不会在受到剧烈震动时受到破坏，以便为建筑内生活和工作的人们提供一个好的环境，所以要对其可能产生的变形进行有效的控制。

2.要对建筑的结构进行优化布置。对剪力墙的结构进行优化设计首先需要对其结构的布置进行优化，设计师在对其结构进行优化时，要保证剪力墙沿着墙体主轴的方向和其他的方向进行布置，布置中需要对其抗震的性能进行优化，使整个结构中各个方向抗侧的刚度保持平衡，最终使其具有很好的空间性能。而且，剪力墙结构中需要设置门窗的洞口，所以设计的人员在对结构进行优化布置时需要针对整个剪力墙结构抗侧的刚度特性进行设计，充分的利用剪力墙能力，比如，设计者能够对整个结构的重量进行缩减，并以此为基础，增加整个结构可以使用的空间。此外，在对结构进行优化设置时，需要满足不同楼层层间的位移和层高的比例，在满足相关要求的前提下，提高剪力墙结构的质量和使用的年限。

3.要使结构保持均匀。对剪力墙的设计进行优化，还要使整个结构保持均匀，高层建筑中使用的材料能够分为混合的结构、砌体的结构、钢结构以及钢筋混凝土结构等。在砌体结构中使用的材料抗拉的强度比较低，对水平的荷载力进行抵抗的延性和能力比较差，所以使用较少。随着社会中高层建筑的增加，原先结构的框剪由于露梁的原因，已经逐渐被取代。在确保剪力墙结构的均匀时，需要保证墙肢的刚度不能有太大悬殊洞口的设置，如果洞口的布置发现了错洞的问题，设计者就需要使用框架的形式或者其他的方法对其及时的进行改进和完善。此外，设计者还需要保证剪力墙的结构可以从上到下进行连续的布置，进而避免其刚度出现突变的问题。还要使结构保持均匀，能够沿着高度有针对性的对部分墙肢进行减少，防止对结构的抗震性能产生影响。

4.剪力墙适宜的刚度与合理的数量，在剪力墙整个结构的体系内，剪力墙是其主要抗震的构件，但是建筑物的刚度大小，却有着很多争议，每次地震灾害都显示，结构刚度比较大的受到的震害影响比较低。但是结构的刚度不可能无限增大，通常情况下，建筑物的刚度增加，可以承受地震的水平力也就增加，工程的费用也不断增高，这就涉及一个度的问题，也就是如何对剪力墙的数量进行确定，主要从另个方面出发，第一，控制的结构水平位移，要使这个因素满足我国关于高层建筑的相关标准和规范。第二，对地震力进行控制，主要是由于在地震力的计算数值比较小的前提下，有时会使结构的定点位移达到相关要求，进而出现安全的假象。

5.对剪力墙中连梁进行优化的设计，在相关的标准和规范中，连梁跨高比如果超过5，就要按照框架梁要求对其进行设计，也就是说，如果其跨高比超过5，其刚度不能减少，但是当其跨高比在5-6之间时，如果刚度没有减少，就会出现剪力太大的现象，使整个工程的成本升高，造成资源的浪费。解决的办法是使其跨高比超过6，这样能够有效的降低混凝土和钢筋的使用量，进而使投资的成本降低。

6.层间最大的位移和位移比的设计优化，按照我国的相关规定，在对经常碰到地震标准值引起楼层的最大弹性位移进行核算时，不能包括高层的变形建筑，大部分不会扣除结构弯矩的变形，还要包括扭转的变形。对于高层建筑来说，首先就要防止楼层之间与剪切的变形，如果单数的构件没有进行科学、合理的布置，就可能出现强烈的扭转变形，因此，高层建筑要尽量降低其扭转的变形情况，不能随意对构件刚度进行增设。

7.高层建筑剪力墙结构的方案设计优化，对高层建筑来说，其剪力墙结构设计的方式非常多，而且，高度不同的建筑，其剪力墙的结构也会不同，对其结构进行设计不仅需要对建筑的层高进行考虑，还要对剪力墙的构件所需材料进行考虑，如果建筑的层高不超过20层，一般来说可以使用短肢的剪力墙结构，这种方法能够使水平的地震剪力与期限以及位置的移动等受到合理的控制，能够对混凝土的结构墙体进行改造，使之成为砌体墙体，能够是整个高层建筑的刚度得到提升，降低结构自身的重量，还能够使整个建筑的投资得到降低。

五、结语

总之，如果剪力墙的设计不合理，就会对整个建筑的结构和安全造成威胁，需要相关人员加大注意，不断对其进行研究，根据建筑物的实际情况，对剪力墙的结构进行优化设计，促进整个建筑质量的提高。

参考文献：

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[2]曲学锋.论高层建筑剪力墙结构优化设计分析[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（17）：311-311.

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