对高层建筑剪力墙结构优化设计分析

对高层建筑剪力墙结构优化设计分析

李成龙

身份证号： 46002519920719****

摘要：高层建筑是现代城市建设中最常见的建筑工程之一，剪力墙结构作为其采用最多的结构设计，设计效果和质量直接影响到整个建筑工程的质量。同时为了提升建筑工程的经济效益，在保证高层建筑工程质量的前提下优化剪力墙结构设计，可以有效缩减施工时间，节约施工材料进而达到提升建筑工程经济效益的效果。因此本文对高层建筑剪力墙结构的设计原则、进行了分析探讨，以期确保工程的质量，在此前提下探索高层建筑剪力墙结构的优化设计策略，从而提升高层建筑整体的施工质量。

关键词：建筑工程；剪力墙结构；结构设计

我国城市的经济水平和快速发展让周边居民向城市进行集中，进而加大了城市土地资源的使用量。为了解决城市土地资源的匮乏，采用高层建筑项目来有效利用城市立体空间。高层建筑在设计过程中需要考虑到水平荷载、侧移等参数变化。尤其需要保证垂直轴向变形的稳定性，从而确保高层建筑在使用过程中，不会发生较大的形变导致建筑出现安全质量问题。

1. 高层建筑剪力墙结构设计、优化原则

高层建筑面临的不稳定因素较多除去较为常见的地质原因之外，还需要正确处理高层建筑的抗风、重力变形等侧向压力带来的不稳定要素。因此在设计过程中高层建筑剪力墙结构，应当遵循相关的要求原则，保证建筑整体的框架结构稳定，能够满足建筑的安全使用需求。

1. 高层建筑剪力墙结构的设计原则

首先，剪力墙结构的种类较多，在设计工作展开之前需要根据具体的建筑工程的实际需求，以及现场施工的情况，选择正确的剪力墙结构种类。设计过程中需要保持剪力墙结构设计的连续性防止各楼层之间的刚性变化，导致的结构建筑结构不稳。其次在高层建筑剪力墙结构设计的阶段，需要分析剪力墙体的混凝土应力分布，比如剪力墙承载的压力包括水平、弯矩和垂直方向等众多压力，在设计过程中可以采用BIM技术进行模拟、计算，从数据中科学确定剪力墙的性能、参数能够满足实际需求。最后还要对剪力墙结构的墙体延性进行准确的分析，无论设计过程中导致的过高、过薄等情况，都会导致连接量出现张拉、弯曲等现象严重情况下会导致剪力墙的结构受损，影响剪力墙的安全稳定性。而在实际设计过程中需要在剪力墙截面设置一个小孔，并将剪力墙墙体分成多个部分进行连接，各部分之间的缝隙可以保证剪力墙整体的延性效果。

2. 高层建筑剪力墙结构优化原则

首先，高层建筑的剪力墙结构设计需要保证剪力墙的连梁跨高比需要满足建筑的实际需求。通常来说剪力墙的连梁跨高比应当在2.5以上，在设计过程中还需要考虑到剪力墙的剪力和弯矩是否超出国家规定的标准数值，而在实际的设计过程中，还需要考虑到高层建筑的实际使用需求，并结合国家规定的设计标准，进行准确、合理的设计。其次，需要保证楼层的最小剪力系数，可以进行有效的调整，在设计过程中应当减少剪力墙的布置数量，确保楼层的最小剪力系数无限接近国家规定的剪力系数标准值，并保证高层建筑的剪力墙所承受的地震倾覆力矩，占高层建筑总体的40%以内。最后，在优化设计的过程中，需要保证高层建筑楼层之间的最大位移和楼层间距的调整，过程中需要注意楼层之间的扭转变形和剪切变形，满足国家规定的标准数值，并尽可能地降低楼层可能产生的剪力墙扭曲变形现象。

2. 高层建筑剪力墙结构优化设计策略

1. 剪力墙结构设计优化

通常来说剪力墙结构的设计根据水平面和垂直面形成立体的空间结构，而高层建筑高度越高，地震造成的影响就会越大，因此需要做好高层建筑的抗震设计。在对剪力墙结构进行设计优化的过程中，需要综合考虑水平方向和垂直方向的结构设计，不能单纯改变楼层的剪力墙结构设计，在增加剪力墙结构数量来划分空间的同时，需要加强剪力墙结构的重量设计，从而提升其对侧面压力和垂直承载能力。首先，在进行剪力墙结构规划时需要按照国家标准进行规划，保证简易墙开设孔洞的位置、间距较为合理能够保证后续的梁体形成能够满足建筑结构需求，需要注意的是优化过程中需要避免孔洞距离分布不均的情况，从而减少孔洞对剪力墙结构的不良影响。其次，在设计优化阶段，设计工作人员需要对高层建筑整体结构进行有效的分析，确保高层建筑整体的刚度、承重性能满足建筑物的使用需求，基于剪力墙结构的位移周期比等相关参数来确定剪力墙结构的厚度，并根据建筑使用的实际需求进行有效的调整优化，确保剪力墙结构的优化设计能够满足建筑工程的实际需求，并保证建筑工程的整体安全性。

2. 剪力墙结构配筋优化

剪力墙结构主要使用钢筋混凝土进行施工优化配筋比例能够减少剪力墙结构施工的成本支出。通常情况下需要根据国家规定的最小配筋比，进行有效优化。同时为了保证建筑的整体安全性，需要对剪力墙厚度进行精准的计算、调整，进而对剪力墙钢筋配比进行合理优化。在施工开始前需要选择满足建筑工程要求的钢筋材料，并在入场时对其进行入场检查，确保材料能够满足实际施工需求。其次水平钢筋需要设置在剪力墙外侧，垂直钢筋需要设置在内侧来保证剪力墙钢筋骨架的稳定性。并根据现场施工的实际情况进行手工工艺优化，从而保证建筑工程项目获得良好的经济效益。

3. 剪力墙结构连梁设计优化

剪力墙连梁是非常重要的能量缓冲构件，对于抗震、抗平移具有非常重要的影响。因此在优化设计阶段，施工人员需要建立明确的剪力墙抗震意识，通过优化连梁的弯矩、剪力系数等参数保证剪力墙连梁拥有良好的调整性和可塑性，此外在客观条件满足的情况下，需要降低剪力墙连梁截面的高度参数。为了保证剪力墙连梁发挥其散能、缓冲的作用，设计人员需要对连梁的高度进行准确科学的计算，同时调整连梁的刚度，为高层建筑提供良好的抗震系数。而在抗震能力的折减运算过程中，设计人员需要将抗震减少值进行有效地控制，一般来说保持在0.5~1.0范围是剪力墙连梁的最佳工作区间。此外还需要考虑到其他客观因素对连梁刚度的影响在优化设计过程中需要适当减少连梁的刚度和高度，从而有效提升建筑工程项目的抗震性能。

4. 平面设计优化

平面结构设计对高层建筑楼层的空间、剪力墙分布数量有直接的联系，也对建筑结构的刚度分布、承载力分布有一定的影响。在设计过程中需要保证剪力墙体的弯曲和变形在可控制的范围内，因此需要加强平面设计优化的重视确保高层建筑每层的平面布置工作能够规范合理地进行，从而使建筑工程整体的高度分布承载力分布具有规则性和连续性。

5. 楼层剪力墙位移比和间距设计优化

高层建筑的剪力墙结构优化设计过程中，设计人员需要充分考虑到建筑物受到地震、飓风等外力影响下导致的楼层位移变形情况。并对剪力墙垂直、水平构件的数量进行有效地控制，保证剪力墙结构的刚度维持在统一标准下，从而有效减少楼层之间的承载力、刚度分布不规则导致的楼层剪切变形情况。

6. 高层建筑剪力墙结构计算优化

为了保证高层建筑剪力墙结构的合理性，需要对其高度厚度剪力系数等参数进行有效的计算，确保计算结果符合国家规定的标准。对周期折减系数进行有效的选择通常情况下需要选择0.9~1.0范围内，若剪力墙结构填充墙体较少的情况下，需要选择1.0来保证数值的准确性。

结语：现代城市建设中高层建筑出现的频率越加普遍，剪力墙结构设计的合理性能够保证建筑整体的施工质量，设计人员需要遵守剪力墙结构设计原则和优化原则，从多个角度进行有效准确的优化并在保证建筑整体结构的质量和稳定性的基础上降低施工成本，提升建筑工程的经济效益。

参考文献：

[1] 王震. 高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J]. 中国建筑金属结构，2021(4):70-71.

[2] 赖世文. 高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J]. 砖瓦世界，2021(9):34-35.

[3] 陈琢啸. 高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J]. 居业，2017(1):49-50.