高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略

高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略

高加庆,吴双

中国建筑第二工程局有限公司华东分公司  上海市  200000

摘要：为解决高层民用建筑结构抗震性能不足等问题，本文依托某工程项目为例对剪力墙结构设计优化措施进行解析。采用剪力墙承重构件设计方法、布局设计方法以及连梁设计等多种方法对剪力墙结构体系进行优化。分析表明剪力墙结构设计中通过明确结构选点、明确配筋率等措施应用，能提升剪力墙结构承载能力，满足规范设计要求。

关键词：高层建筑;剪力墙设计;技术优化;

1引言

在建筑结构体系中剪力墙结构作为非常重要的组成，其对保障建筑支撑力有积极作用。

在高层建筑结构设计中，通过合理设置剪力墙结构，能够提高整体建筑结构的承载能力与抗震能力。但是根据相关文献资料分析可知，在剪力墙结构设计时，由于受到设计方法、设计标准等方面影响可能会出现设计问题，影响到设计效果。故而需要结合各方面的数据参数作为基础，分析设计存在的影响做好设计优化，如此，才能给建筑工程质量奠定基础。

2剪力墙结构的设计特点

剪力墙结构受力特点表现在水平荷载高、侧移控制效果好、轴向变形控制能力强等方面，故而在剪力墙结构设计阶段，要在保证其具备稳定性的基础上，还具备吸收性能、具备自重大功能、具备抗侧功能，只有同时具备这些功能才可以消除地震产生的冲击力。

通常来说，剪力墙结构的高度、厚度取值较大，抗剪力机械强度在荷载作用下产生的量损失不多。基于此，在建筑层数超过20层的高层民用建筑设计中，可以采用全截面抗弯方式作为设计基础，通过软件计算出它的最大承载力，由此可见，洞口数量越小，剪力墙性能也会越高。此外，对于这种设计方案之下剪力墙结构作用发挥最为明显，还能够实现建筑内部空间合理划分，室内空间结构美观、简洁。但需要注意的是剪力墙结构是混凝土结构部件生产制作的，其自身是有一定重量的，这种情况下在地震发生后会产生地震反应，且剪力墙有较大的侧向刚度，地震影响之下变化更大，制造成本也会不断地升高。所以在建设中应对剪力墙结构特点有足够的了解，以符合民用建筑的建设标准要求。

3工程概况

某高层建筑工程项目位于兰州市南区，该建筑主体结构标高为35m，室内外高差为0.3m，结构采用剪力墙结构，工程使用年限为50年。

4剪力墙结构的设计原则

为了确保本次工程项目达到安全、可靠性要求，在深入分析工程项目建设需求、主体结构特点以及类似工程剪力墙结构设计方案基础上，按照以下原则开展设计。

4.1双向布置原则

在剪力墙布设时应尽量地沿着建筑结构的纵向、横向进行设计，以确保结构的整体抗震效果、双侧抗侧力符合要求。同时，在剪力墙结构设计中应尽量地让纵向与横向的侧刚度数值与自振周期相近，以使得结构稳定性符合运行的要求。

4.2竖向贯穿原则

在剪力墙设计环节中，需要让建筑物设计方案和使用要求保持一致性，对整体墙、联肢墙、小开口剪力墙等各个结构形式的剪力墙合理地开发应用，使得结构都能够达到受力的标准要求。同时设计时需要与建筑物高度有一定的适配性，进而可以使建筑结构达到稳定要求。

5房屋建筑工程中剪力墙结构的设计要点

5.1剪力墙承重构件设计要点

第一，对现场情况进行全面的调查和分析，明确水文地质条件，同时详细分析掌握各项因素，做好各个承重构件的规划设计，制定出科学的设计方案。第二，墙体配筋率选择，要从墙体竖直方向与水平方向进行计算，相关的配筋率应当达到0.25%配置要求。第三，落实承重构件优化设计，执行设计方案的要求，遵循国家标准，准确计算各项技术参数指标，并总结出建设标准与工艺技术参数。同时在此基础上对设计方案进行多次验证，保证设计方案具备科学性以及可行性，从而确保建筑结构的承载构建综合指标符合设计规范要求。

5.2剪力墙结构布局设计要点

第一，采用双向设计方式，在设计时尽量使剪力墙在水平与竖向的刚度是相同。第二，剪力墙在平面上分布尽量达到均匀性要求，如果条件允许时应通过合理调整连梁高度以及墙肢长度的方式，确保结构刚度中心与建筑结构中心是重合的，提升剪力墙的运行效果。第三，根据建筑工程的运行要求确定最佳的墙体间距、减小墙体厚度、缩小墙体数量等，以减轻自重避免地震力给建筑结构造成过大的负面影响，从而提升剪力墙的抗侧移刚度性能。

5.3剪力墙结构连梁设计要点

第一，确定最佳的连梁跨高尺寸，截面积大小相同、承载力适宜。在条件允许的情况下，应尽量地增大连梁截面积，从而提升抗剪性能以及刚度性能。第二，合理确定连梁内力。遵循相关设计标准与规范，合理地调整刚度折减系数，实现抗剪承载力的提升；系数调节环节，应做好刚度系数的控制，达到设计标准要求。第三，按照水平接缝的设计方式，把原始连梁调整为双连梁或者多连梁，从而提升抗剪强度性能。第四，如果剪力墙结构与剪压比要求是不一致的，会存在超筋的情况。针对此类问题设计人员应确定最佳的连梁设计方案，减小界面高度值，同时还要合理进行刚度分配，减轻地震荷载作用。在此基础上分析连梁内力，科学计算出合理的配筋参数，从而实现连梁优化设计。

5.4剪力墙结构厚度设计要点

墙体厚度与墙体的性能指标存在直接关系，故而考虑墙体结构厚度参数，明确设计参数取值要求尤为关键。在剪力墙结构厚度设计环节，按照国家既定的规范要求作为标准，合理地选择设计标准，在该项目设计中剪力墙结构厚度设计取值按照。

在该项目设计的过程中，通过计算发现：在重力荷载作用力之下，剪力墙的墙肢的轴压比不足0.2，因为建筑的功能要求，其层高需达到3.9m，所以剪力墙厚度至少应超过240mm。因此，墙厚设计需要按照规范标准进行，还要考虑到项目的具体情况，通过经验分析做出精准的计算，最终得出符合工程要求的墙体厚度参数。只有使得剪力墙的厚度达到科学、合理的要求，才能确保结构的抗震性与稳定性满足工程质量标准。

5.5剪力墙结构配筋设计要点

配筋设计时对于配筋指标选择要结合实际进行确定，在本工程设计中相关参数的选择，主要按照的配筋指标选择。同时在设计环节执行相关标准以使得建筑结构配筋设计具备科学性、合理性，为剪力墙的总体运行性能提升产生积极的作用。

5.6剪力墙边缘构件设计要点

边缘构件约束与边缘构件配筋设计作为结构设计中非常重要的一个内容，对于设计取值一定要保证精确性。本次的工程项目中，剪力墙的边缘构件设计要求较高，设计人员以目前的标准与规范化的要求，按照如下要点进行设计：第一，边缘构件约束设计。在剪力墙内部的墙肢长度处于某种规定范围后，其阴影区与非阴影区的长度要根据设计方案要求的最小长度进行控制。在有约束构件长度(lc)参数为450mm，阴影区区域的长度值为400mm，而非阴影区则为50mm。根据该原则进行设计，将边缘构件设计为阴影区，结构设计更具科学性、合理性。此外，在确定有约束构件负载能力时，要将无边缘构件参数设置在40%左右，抗震性能符合要求。因此，剪力墙结构设计中如果结构条件是允许的则应该首选约束边缘设计。

边缘构件配筋设计中设计人员应遵循相应标准和规范，并落实剪力墙的边缘构件配筋设计方案。

6结语

高层民用建筑剪力墙结构是必不可少的，对提高建筑工程的运行性能有着重要的意义，通过剪力墙结构优化设计不仅可以充分利用建筑空间，同时还能提高结构抗震性能以及安全性。因此，建筑设计人员应对设计要求有足够的了解，并在掌握剪力墙概念、特点、应用优势基础上，严格执行设计方案的标准和原则，并落实结构形式、厚度、配筋率、布局等方面设计，如此才能提高设计水平，发挥出剪力墙的优势性作用，保障建筑结构的质量。

参考文献

[1]王秀龙，方国瑞.建筑工程设计中的剪力墙结构设计探讨[J].工程建设与设计，2021(18):19-20.

[2]魏琏，王森.高层建筑结构设计创新与规范发展[J].建筑结构，2021,51(17):78-84.