高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨满明春

高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨满明春

满明春

广西城乡规划设计院广西南宁530022

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，高层建筑越来越多，其建筑结构形式多种多样，剪力墙结构是一种实用性较强的建筑形式，在建筑工程的应用的较为广泛，因此本文主要对高层建筑剪力墙结构优化设计进行分析探讨，旨在为相关工作者提供借鉴。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

剪力墙结构具有用钢量少、刚度强以及整体性好的优势，因此受到许多高层建筑设计人员的欢迎。一般情况下，剪力墙结构通常应用在写字楼、酒店以及餐厅等房间数量较多的建筑结构，它能将承重墙以及分隔墙结构融为一体，不仅能够提升建筑的实用性，同时还能够增强建筑的经济性。在高层建筑中，采用剪力墙结构，可以避免露梁以及露柱问题的产生，同时还能够保证建筑外形的美观。因此还应加强高层建筑剪力墙结构的优化设计，以此提高高层建筑的质量。

1高层建筑剪力墙结构的概念设计

高层建筑不仅要承受整幢楼的重力荷载，同时还应承受风荷载以及地震等水平荷载，所以在设计过程中，一定要充分考虑这些荷载，保证高层建筑的稳定性，避免高层建筑内的结构受到破坏，为人们提供一个既安全又舒适的环境。一般情况下底层建筑结构承受的水平荷载可以忽略，这主要是因为底层结构的水平荷载的产生的位移和内力很小，但是对于高层建筑，水平荷载以及地震作用，对高层建筑将会产生很大的影响，因此也成为了高层建筑需要控制的主要因素。通常位移和弯矩会随着建筑高度的增加而增加，因此要求高层建筑设计要有较大的抗侧刚度，以加强对水平荷载引起的侧向变形的控制，使其控制在一定的范围之内。

在水平力作用下，剪力墙结构侧向变形为弯曲型。剪力墙结构能够承受较大的荷载，这主要是因为剪力墙结构侧向刚度大、整体性好，同时梁、柱等没有外露，房屋内部墙面平整。但是剪力墙也存在一定的缺点，主要表现在结构延性较差，而且房屋空间小。对于需要大空间的商场以及停车库的地下一层，可以采用部分框支剪力墙结构。对于剪力墙结构和框架-剪力墙结构，应将转换层设置在过渡层中。由于剪力墙结构可以承受较大的竖向力以及水平力，因此可以建造层数较多的建筑，但是房间的小，适合建筑宾馆、住宅以及单身公寓等等，并在另外建筑单元中，设置宾馆需要的大空间餐厅、门厅以及商场等，为了保证建筑能够承受较大的水平力或者地震作用，在矩形平面内的纵横方向，都应设置剪力墙；在圆形平面的沿径向和环向，应设置剪力墙；对于三角形平面，剪力墙应沿着其三个主轴进行剪力墙的设置。

2剪力墙结构设计和计算的优化

2.1剪力墙结构设计方面的优化

（1）在剪力墙结构设计过程中，平面布置宜简单、规则。剪力墙宜双向布置，其方向可以沿主轴方向，或者也可以沿着其他方向；在抗震设计过程中，不应按照单向布置剪力墙，同时对于两个受力方向，其抗侧刚度应尽可能的接近以保证空间工作性能。在布置剪力墙时，应注意不宜布置过密，以充分发挥剪力抗侧刚度以及承载力，保证剪力墙具有充分的可利用空间。

（2）设计剪力墙墙肢截面时，应保证其规则、简单。应对剪力墙的门窗洞口个进行成列布置，同时应保证门窗洞口上下对齐，并形成明确的连梁以及墙肢，，应力分布符合计算简图，且分布较为规则。在设置剪力墙洞口时，宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置，使墙肢刚度相差较大，而且若出现叠合错洞以及错洞时，墙内应布置框架形式的的配筋。

（3）若剪力墙长度较长，应进行墙上洞口的开设，并将剪力墙分成若干墙段，并保证每个墙段的长度均匀。墙段之间的连接，应采用弱连梁，并且合理设计墙段高度与墙段长度之比，一般情况下，二者之比不宜小于3。在抗震设计过程中，避免在洞口与墙边以及两个洞口形成小墙肢，该小墙肢截面高度与宽度之比小于4。当墙厚是小墙肢截面高度的4倍时，对于箍筋的设置，应按照框架进行合理的设置，并根据其要求，进行加密。

（4）剪力墙不仅承重力大，而且具有平面内刚度大的特点，但是对于平面外的刚度以及承载力，正好与之相反，因此应采用有效措施，对平面外的弯矩进行控制，这样有利于平面外的稳定性。当平面外的楼面梁连接剪力墙墙肢时，应采取措施减小梁端部弯矩对墙的不利影响。

（5）在布置剪力墙时，应自下而上连续进行，尽量减少刚度突变的情况发生；对于墙厚以及混凝土强度等级，可沿高度，使其发生分段渐变，或者也可以通过将部分墙肢减少，减少侧向高度。

（6）在剪力墙设计过程中，应加强对结构的分析，使其各项指标如周期比、层间位移等等，满足结构要求，并合理设置每层剪力墙的厚度，与此同时还应考虑相关抗震等级的构造要求，分析在不同烈度及抗震等级对周期比的影响。

2.2剪力墙结构计算方面的优化

在对剪力墙结构进行设计时，应充分考虑结构的合理性，首先考虑剪力墙结构刚度，应在规范规定的范围之内，对于最大层间位移与层高之比，应保证与规范的值相符合，同时将最小剪力系数作为主要目标，计算结果应与规范值无限接近。楼层竖向构件在偶然偏心影响的地震作用下，最大水平位移以及层间位移，A级高度高层建筑,不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。另外还应对剪力墙连接以及剪力墙底部加强区的轴压比进行优化，使其满足规范要求。

（1）在设计剪力墙结构时，应合理布置剪力墙，保证结构的侧向刚度适宜，同时对于楼层的最小剪力系数，应与规范限值无限接近，以此使结构重力有所减轻，进而降低工程造价。

（2）对于受到多地震作用的影响，应按照的合理的规范，进行最大层间位移进行计算，主要针对楼间的弯曲变形，并将扭转变形计入计算范围之内，同时对于结构整体弯曲变形，可以不计范围之内。在高层建筑中，应使得扭转变形最小，同时应考虑层间位移，如果想要增加竖向构件的刚度，还应对其它因素进行综合考虑。在实际工程设计过程中，一些设计人员采用增加侧向刚度的方式，解决某一方方向层间位移不符合要求的问题。但是在采用这一方法时，应注意结构剪重比，应保证结构的剪重比符合要求。

（3）据相关资料显示，地震对抗扭刚度太弱以及平面不规则的结构破坏较为严重。首先在设计过程中，应充分考虑地震作用，应使得结构的抗扭刚度在规定的范围之内，同时对于结构的不规则性，应进行限制，为了避免过大的扭转效应的发生，应合理计算扭转效应，并将偶然偏心的影响考虑在内。应沿周边的方向，合理布置结构竖向构建，使得抗扭刚度以及侧向刚度有所提高。

总结：

在高层建筑中，采用剪力墙结构，必须根据相关的标准，科学、合理的布置剪力墙。在实际设计过程中，应充分考虑承受风荷载以及地震等水平荷载的影响，保证剪力墙具有较强的承载能力。同时还应对高层建筑剪力墙的结构设计进行不断优化，使得既符合建筑工程施工的标准，同时还能够符合我国的可持续发展战略需求，并且要合理优化设计方案，以此增强结构性能，降低成本造价，进而为建筑单位带来更多的经济效益以及社会意义，这对于我国的发展也具有重要的现实意义。

参考文献

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