高层住宅建筑剪力墙结构设计实例

高层住宅建筑剪力墙结构设计实例

李俊杰

南京兴华建筑设计研究院股份有限公司 江苏 南京 210000

摘 要：针对现行房屋建筑设计中若干不合理之处，本研究对其设计工作中的局限性与成因进行了深度剖析，进而明确了最优控制要点。研究中提出了合理剪力墙位置的设定，科学地调控剪力墙弯矩，以及确保剪力墙伸展的策略；对剪力墙结构的受力性能进行了优化，加大了剪力墙厚度设计的把控。研究结果显示，为确保剪力墙结构设计的安全性与可靠性，必须依据建筑工程的使用需求和具体状况，对剪力墙位置、弯矩、延伸角等设计工作的科学性进行改进。本研究强调，只有掌握设计原理和使用方法，才能充分发挥其价值，促进其更为高效地应用。

关键词： 建筑结构设计；剪力墙结构设计；位置；弯矩

随着科技发展，建筑安全问题受到广泛关注。剪力墙结构因其承载力和空间利用率的优势被广泛应用，但设计过程中存在与实际建设情况脱节的问题。邓港巴提出分析已建工程中剪力墙结构设计的问题，以提高设计优化措施的针对性和适用性，对行业健康发展有重要意义。高云娇分析了高层剪力墙结构设计要点，陈招智研究了已建超高层建筑拆除剪力墙的结构。这些研究显示了解剪力墙结构的设计原则和应用具有重要意义。本文结合实例分析剪力墙结构设计，提出边缘约束、洞口布局、连梁设计、墙肢长度与钢筋控制、墙肢平面弯矩优化等实际应用建议。

1 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用现状

剪力墙结构是一种广泛应用的建筑结构形式。通过科学、合理的设计，可以实现钢材的节约和工程总成本的降低。其实际应用中，该结构表现出良好的整体性、大刚度和高承载力特点；尤其在水平荷载作用下，适当设置可显著提升结构的抗震性能。在高层建筑中采用剪力墙结构，能实现内隔墙与承重墙的一体化，提高建筑内部空间利用率，增进施工品质。然而，与框架结构相比，将剪力墙结构作为整体考虑将增大建筑物的荷载，从而导致工程费用的上升。此外，尽管剪力墙结构自身具有一定抗侧能力，但建造过程中上部和下部工程建设繁多，对工程造价控制不利。在钢筋配筋比例方面，剪力墙结构设计偏矮可以降低钢用量，但延性不足。因此，施工过程中需根据工程实际施工要求和现场情况，实施合理控制，以使剪力墙结构设计更加科学合理。

2建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用要点

2.1 合理设计剪力墙位置

在进行剪力墙结构设计时，关键在于深入研究其设置形式与位置，这对于确保工程项目的安全稳定具有重大意义。首先，明确建筑物的主轴线，并在主轴方向上配置剪力墙，进而展开后续设计。在双侧剪力墙结构中，须充分发挥各向异性剪力墙之间的连接效应，优化室内构造的合理性。在进行抗震设计时，单向布置是严禁的，必须从两个方面提升剪力墙的受力性能，以确保各向异性墙的振动频率和周期保持一致。此举有助于实现墙内环境的均衡，增强墙体的稳定性。此外，剪力墙的断面设计应遵循简化与规范化的原则，强化内部稳定性及抗压能力。这不仅能降低建筑负荷，还能充分发挥剪力墙结构设计价值。布置剪力墙时，需合理控制间距，避免受力不均。设计截面时，应按自下而上顺序设置，缓解侧面墙体压力。根据墙体高度缩减厚度，并考虑混凝土等级。在地震高发区，控制剪力墙高度以增强其承载能力和稳定性。设计前分析剪力墙的建筑受力状态，调整剪力墙与孔洞位置，确保科学合理。孔洞设计应保证对齐和设置连接点，以提高剪力墙结构内部孔洞受力的均匀性，为建筑物基础结构提供更多保障。

2.2 科学控制剪力墙弯矩

建筑结构设计人员在剪力墙结构设计时，需根据实际情况进行针对性设计，以满足工程需求。剪力墙结构抗压和承载力强，但平面外承载力低，若连接位置不合理，易导致失稳问题。为解决此问题，需控制弯矩，具体为先设计梁轴线位置，再根据剪力墙轴线和方向计算弯矩，以提高设计的科学性。同时，确保扶壁柱设计的可靠性，以控制剪力墙的刚度和强度。若扶壁柱设计不合理，应及时调整，如采用暗柱设置于梁和墙之间，并进行配筋预测和计算。此外，为控制弯矩效果，可设置梁端稳定构件。

2.3做好剪力墙延伸处理

剪力墙结构的延伸能力设计，应采用相应的措施满足建筑使用要求。经对已建剪力墙结构建筑建设使用情况进行分析，分析其建设形式具有延伸性特点，因此，应采用设计手段对剪力墙结构的灵活性与耐久性进行控制。具体就是对建筑物承载能力与承载要求进行明确，以对可能出现的失稳问题节点进行优化控制，以提高延伸设计处理的科学效果。

2.4优化剪力墙结构设计性能

一般来讲，建筑工程建设对设计耐久性要求较高，因此，需要赋予剪力墙结构的耐久性能，以保证剪力墙结构设计的强度效果。具体而言，在墙体结构设计过程中，务必强化剪力墙设计质量，以满足建筑施工标准，防止长期使用过程中出现质量不稳定现象。为此，需进行合理设计，并对不利影响进行预防和控制，以充分发挥其应有功能。研究表明，配筋率对建筑剪力墙的受力和承载能力具有一定的影响，因此有必要对横向和纵向配筋率进行设计控制。在此基础上，提出了一种改进型抗震设计方法，以提高其抗震性能。此外，还需对剪力墙结构边缘位置进行优化设计，依据建筑施工规范进行墙角形状设计，以确保结构质量满足房屋建设要求。

2.5 加大剪力墙厚度设计控制力度

建筑墙体厚度，应严格按照既定规范标准进行设置，以保证剪力墙结构的承载能力不受影响。此外，墙体厚度的科学设计能够在防止墙体受损的同时，延长其使用寿命。这样一来，剪力墙结构的质量和安全性得以最大限度地提升。同时，还需关注墙体厚度与规范的契合度，不得因实际条件差异而忽视此问题。具体可通过在剪力墙中设置构件来起到支撑作用，进而提升剪力墙结构建设质量

3关于建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用实例分析

某高层住宅工程占地约10.6万平方米，按建筑高度和层数确定为剪力墙结构。具体来说，就是将其集中布置，以达到更好的效果。为了更好地利用剪力墙的优点，本文提出了一种新的剪力墙截面设计方法。在表1中列出了强度的取值范围。

表 1 剪力墙混凝土强度取值要求

在此项目中，为确保混凝土浇筑效果，必须采用轻便且便于吊装的木质模板。主要选用18毫米厚的多层板作为墙模板，横向筋需由两个双钢管结构支撑，配合48毫米的钢管和可调U形管。在梁、板布置时，板厚设定为100—120毫米。屋顶墙体厚度约为120毫米。砼强度分级设定如下：15层以下采用C30，16层以上采用C25。以下是剪力墙结构的设计流程：

3.1 边缘构件约束处理

在实际施工过程中，为确保边构件阴影区与非阴影区长度效应的合理约束，需根据工程需求，恰当控制墙体的最小长度。若边件约束长度为450毫米，则其影子面积应设定为400毫米。同时，无阴影区域的长度应为50毫米。鉴于无阴影区长度过小，为便于后续施工，可将边缘部分视为阴影区域。在剪力墙结构设计中，应将自由端边件与约束边件视为相对关系；其承载力将减少约40%，从而导致抗震性能下降。因此，在施工过程中，需充分考虑实际情况，以充分发挥作用，增强剪力墙结构的抗侧刚度和抗震性能，提升建筑使用性能。

3.2 剪力墙洞口布局

在剪力墙结构中，当洞口长度较大时，洞口布局设计者需采取分隔措施，以提高结构受力强度的均匀性。实际连接施工作业应由弱梁承担，以完成结构设置。在铺设剪力墙结构洞口部位时，需控制整体剪力墙的力学性能。

在布局方面，需遵循既定原则，确保洞口排列有序，且间距均匀。针对不规则的剪力墙开孔，采用错洞法和叠加法进行网格划分。同时，采取加固施工措施以提高剪力墙结构洞口布局的合理性与可靠性。

这样一来，不仅能够优化后期浇筑施工作业的环境条件，还能有效减少预埋施工作业内容。值得注意的是，下层浇筑口应与上层保持对正，以为混凝土浆液输送管设置提供合理的空间环境，直接作用于地下室最底层。

3.3剪力墙连梁设计

鉴于墙长因素，本研究选取了平面梁跨及开洞部位作为研究对象。在连梁跨度较小时，计算过程中易出现剪力转换至连梁的现象。因此，在实际设计过程中，应对此进行严格控制。具体的设计方法如图1所示。

图1 连梁剪力墙设计

此外，设计过程还可以从两个方面进行控制。一是梁截面的调整，提高截面尺寸的同时，需保证连梁的剪切性能。在连梁宽度不变的情况下，可通过增加梁高进行控制。若梁高固定，则需扩大梁宽，并增加截面连接宽度。这种设计方法并不能确保连梁刚度的设计效果。另一方面的控制是对结构内力的调整。为解决连梁抗剪能力不足的问题，本项目拟采用人工调控方式，在保证连梁截面不受抗剪能力影响的前提下，通过调整连梁结构刚度，实现抗剪能力的优化。在选择设计计算参数时，需注重对连梁刚度折减系数的控制性调整，以提高其科学性和合理性。设计者应确保连梁在刚度、抗剪和抗弯承载力方面满足设计要求。当连梁跨度超过5时，按剪力墙数量进行计算。同时，在设计过程中，需注意控制抗侧刚度和内力，加大检查力度。若连梁跨度较小，结构易受重复荷载影响，可能导致连梁斜裂，产生剪力损伤效应。为有效控制此现象，可选择大跨度连梁，既增强连梁的结构稳定性，又避免剪力破坏。本研究提出了一种新型抗震设计方法，旨在改善剪力墙结构连梁的安全性和稳定性。在强化内力分析的基础上，需做好连梁刚度减薄量的计算，最简便的方法是选取适当计算参数，调整刚度折减系数。在采用内力配筋计算的前提下，才能实现有效控制。

3.4 控制墙肢长度与钢筋使用

在剪力墙设计过程中，重视合理布局，旨在提升整体结构稳定性。通常，为增进剪力墙韧性，需在特定区域实施优化设计，以减缓弯矩对稳定性的不利影响。施工阶段，为确保墙高宽比，可采用连续肢墙结构，从而提高剪力墙稳定性能。此外，遵循主管部门规范，依据不同地震设防要求，对钢筋混凝土强度及横向配筋率作出相应规定。在四级或非抗震型地震情况下，剪力墙配箍率应达到0.2%。

3.5优化墙肢平面弯矩

在进行高层建筑剪力墙结构平面设计时，应以内力和内力相差过大的控制为核心，进行设计工艺的优化控制。其原因在于，当建筑物的高度出现突然变化时，墙体整体的梁柱节点将产生受力性能的面外弯曲。因此，在墙体端面弯矩计算时，应该加强暗柱和扶壁柱的合理设计，并沿梁轴的位置进行最优控制；处理可能出现的不稳定性问题。

4结论

在建筑物的设计过程中，剪力墙的设计具有至关重要的地位，其必须遵循现行规范标准、施工要求以及场地条件。在进行剪力墙结构设计时，设计人员需全面考虑其自身特性，以墙体长度、梁跨、孔洞等因素为核心研究内容，确保其具备优良的抗震性能，满足楼宇建筑的使用需求。相关人员应将这些研究成果及实践经验运用至各类施工环境下的建筑结构设计中，从而推动建筑业的稳健、持续发展，为现代化经济建设提供服务。

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