高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨刘金凤

高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨刘金凤

刘金凤

湛江市建筑设计院广东湛江524000

摘要：剪力墙结构在结构中具有良好的仿防震性和硬度，因此剪力墙结构设计形式在建筑行业中得到了广泛的关注。剪力墙结构设计在结构设计中起到了至关重要的作用和意义，如何对剪力墙结构进行有效的设计是本文重点探讨的重点。

关键词：剪力墙结构；高层建筑；设计

引言

由于我国社会经济水平的高速发展，人们生活质量进一步提高，城市化发展越来越迅速，人们对于住房要求也越来越高。为满足如此庞大数量的居民住房，住宅建筑往往趋于高层，但对于建筑水平要求极高的高层建筑涉及到多种技术方面的问题。如何对于高层建筑中剪力墙结构进行优化设计，就是其中的一个研究重点。

1建筑剪力墙结构设计概述

剪力墙在各种建筑中主要作用为承受风荷载、水平荷载，因此可以说剪力墙在建筑结构中主要起着支撑作用。建筑者对剪力墙结构的选择主要是因为其在抗震与抗风方面的良好特性，当发生地震的时，剪力墙能够及时有效地将能量吸收，防止墙体结构受到地震能量的剪切破坏。受到这一原理的指导，设计者在建筑设计的时候对于剪力墙结构需要注意合理控制剪力墙高宽比。因为剪力墙结构的高度较高，宽度较宽，但厚度较小，几何形态很明显，这就使受力形态很明显地呈柱状结构。然而，其受力形态又明显区别于柱体，二者厚度和肢长之间存在显著的差异性，当二者比值小于一定值的时候完全可以依照柱体结构数据去设计。剪力墙墙体结构在设计的时候呈平面结构，其承受相应的水平力、弯矩力的时候是沿着平面在作用，除此之外，还要承受相应的纵向压力。基于此，在建筑设计的时候不仅要满足弹性要求，还要满足非弹性以及延性要求。建筑设计师设计墙体的时候，要综合分析、计算墙体纵向重力和横向延展力。

按照剪力墙设置的方向，我们可以把剪力墙划分为一下两大类:一是，平面剪力墙。平面剪力墙一般用在框架结构以及无梁楼盖的工程项目中。在施工建设中，为了使得平面剪力墙的抗震能力与刚度相符合工程的要求，平面剪力墙一般用现浇或者预制的钢筋混凝土，平面剪力墙结构一般和周围的梁柱一起浇筑，这样建筑工程的整体性就得到了保证；二是，筒体剪力墙。筒体剪力墙一般经常在高层建筑或者悬吊结构中使用，筒体剪力墙一般是现浇钢筋混凝土的墙体，比起平面剪力墙其刚度与水平荷载的能力都比较高。

2高层建筑剪力墙结构优化设计措施

2.1合理布设

在对建筑结构中剪力墙进行布置时，要保证其均匀合理，确保整个建筑物的刚心和质心趋于重合，而且还要保证x、y两向的刚重比接近，从而有效的避免单向有墙的结构布置，大大提高了剪力墙结构的空间工作性能，使两个受力方向所产生的抗侧刚度趋于接近，一般可控制两项的主要计算指标（周期、层间位移等）相比不小于80%，转角处墙肢在符合要求的情况下尽可能的延长，由于转角处应力容易集中，如果允许的话可以在两个方向均布置成长墙，这样可以减小地震造成结构扭转。

2.2剪力墙肢设计

关于墙肢的分类，主要是指短肢剪力墙和一般剪力墙两种。其中将剪力墙高度超出厚度7倍的剪力墙结构定义为一般剪力墙，将高度超出厚度比值5-8之间时定义为短肢剪力墙。但这并非是绝对的数值，有些剪力墙结构还要依据墙面开口的大小而定，还可以分为整面剪力墙、连肢剪力墙等多种形式。在大型建筑物设计中多半采用剪力墙结构设计，但由于特有的环境空间要求剪力墙结构设计必须是双向的结构布局，这样才能充分发挥剪力墙抗震性能的作用。不仅如此，还要求剪力墙双向的刚度数值是相同的，保证受力的均衡性。当剪力墙结构设计出现弯曲现象时，要适当添加建筑材料或者改变原有的设计结构，从而保证梁的安全可靠性。

2.3剪力墙高、宽度、厚度设计

根据建筑抗震相关资料的要求规定，剪力墙结构的厚度和长度也要根据抗震等级系数来进行调整。据相关规定，为了保证剪力墙结构的稳定性、抗震性以及钢性，剪力墙结构厚度的最小值为200mm，而且与高厚比值要小于1/6。如果一些高层建筑物的剪力墙结构厚度和长度出现比值不均，在不满足条件的情况下，就要采取L、T形截面剪力墙代替一字形剪力墙，并增加其边缘长度或者采取其他方式，使得剪力墙结构满足其设计构造原则和要求。

2.4墙体配筋设计

为了提高建筑结构的稳定性，在配筋设计时通常要将竖向钢筋置于结构的内侧，将水平钢筋置于结构外侧，配筋需要满足相关的计算要求以及最小配筋率，如果采用双向钢筋网片进行设计，则迎水面保护层厚度的合理取值为30mm,从而进一步减少剪力墙墙体的配筋；当在剪力墙结构设计中遇到连梁超筋情况时，如果剪力不满足剪力比设计要求，就会出现连梁超筋的现象，对于这种情况要在抗震设计时对连梁的弯矩以及剪力参数进行适当调整，如果连梁破坏对承受竖向荷载的影响不够明显，建筑剪力墙结构的连梁在地震作用下就会遭到严重破坏，此时无法约束剪力墙墙肢的结构，需要通过对独立墙肢进行内力分析，经过两次计算得到较大的内力计算结果，再对建筑剪力结构设计进行配筋分析计算，以此提升剪力墙结构的设计强度。

2.5墙面设计

由于剪力墙的结构刚度较大，且其受温度的影响也较多，因此对建筑的楼面和屋面的影响也较大。有时比较长的剪力墙会发生变形甚至出现裂缝等现象。这主要是因为剪力墙的结构相对复杂，混凝土产生变形，且由于建筑施工条件难以掌控，容易发生墙体所受的拉应力不足，最终导致发生建筑问题。由于剪力墙结构比较复杂，当墙体产生裂缝时比较难处理，因此产生的不良影响也相对比较大。目前，由于市场需求，大部分建筑工程为了赶工而加班加点，如此的速度导致建筑质量的下降是必然的。在施工过程中，使用混凝土的量较大，加之强度的提高会使拉应力变大，导致了裂缝的出现。此外，在建筑施工过程中要采取泵送施工时，必须增加水泥使用量，以求减少粗等骨料及骨料粒径的含量。混凝土配比及送料过程如果处理不好，会大大增加结构的收缩，这样建筑很容易产生裂缝。所以，在设计剪力墙时，一定要重视建设施工过程，避免建筑问题的发生。

2.6连梁设计

第一，为确保剪力墙结构设计符合相关规范标准，首先需要确保施工中所使用的原材料质量达标，尤其是混凝土材料，无论其材料的配比、强度等级等方面均予以严格的把关，从而确保连梁具备较强的抗剪能力。第二，合理控制连梁高度，确保洞口宽度达标。在设计框剪结构中的连梁的时候，需要基于连梁的强度要求，合理把控连梁和洞口等相关数据。同时还有应该确保整个建筑物的抗震性能达标。第三，为有效避免建筑结构中出现裂缝现象，需要将连梁的高度予以适当的折减。对于连梁的折减，需要从设计阶段开始，并对连梁的刚度以及其他相关参数进行合理计算，同时还应该确保建筑中的构件具备较强的弹性。第四，需要不断调整剪力墙的厚度。在进行连梁设计的时候，需要依据建筑结构的具体状况，适当调整剪力墙的厚度。

结束语

综上所述，剪力墙结构在建筑结构中起到了至关重要的地位。在剪力墙结构设计的过程中，要结合施工的实际情况进行分析，对剪力墙结构中的防震性、硬度等给予高度的重视，这样不仅仅可以有效的提高了剪力墙结构设计的质量，也间接的提高了建筑结构设计的质量，推动了我国建筑行业的发展。

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