高層建筑剪力墻結構的設計要點分析

陸志峰

摘 要：剪力墻結構是高層建筑工程常用的一種設計方式，面對日益復雜的工程結構，需要對傳統設計方式做進一步的研究，對存在的各類問題進行優化，在滿足工程功能需求的基礎上，提高建筑的抗震性能。本文就高層建筑結構特點分析了剪力墻結構設計的要點，并提出了相應的優化措施。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻；結構設計

剪力墻結構主要分為連梁與墻肢兩種結構，與其他結構形式相比具有更大的優勢，如剛度大、整體性好、抵抗力強以及側移水平高等，現在已經被更為廣泛的應用到高層建筑工程中。隨著建筑工程結構現代化與多樣化的實現，需要在原有基礎上更進一步的對剪力墻結構設計進行研究，提高結構的穩定性與安全性。

一、高層建筑結構受力特點分析

1.水平荷載

對于高層建筑來說，大部分工程結構的豎向荷載都是固定的，而相對應的說水平荷載因為受外力因素影響比較大，如風荷載以及地震作用等，會造成結構動力特性區別發生著比較大范圍的變化。在對工程結構進行設計時，需要注意這一點，采取有效措施進行管理。

2.結構側移

在高層建筑結構設計中，結構側移也是需要重點關注的內容，尤其是隨著建筑工程樓層的增加，會使得水平荷載下結構側移變形隨著樓層高度增加而變大。想要有效控制結構側移程度，就需要結合實際需求，將水平荷載作用力控制在接受范圍內。

3.軸向變形

與普通建筑相比，高層建筑結構豎向荷載要更大，會造成柱中軸向變形增大，對連續梁彎矩造成影響，同時也會在一定程度上影響到預制構件下料長度[1]。因此需要在結構設計時，充分做好軸向變形計算值，通過對下料長度的適當調整來提高工程建設的下料長度，提高工程結構設計的精確度。

4.結構延性

于高層建筑結構來說，其結構柔和性更高，這樣一旦受到地震作用影響，結構就會更容易的發生變形，影響建筑結構的穩定性與安全性。為了提高建筑結構在塑性變形階段的變形能力，需要在設計階段采取措施來提高結構延性。

二、高層建筑剪力墻結構計算原則

1.結構計算原則必要性

剪力墻結構同時承受垂直與水平荷載，在進行設計時需要結合水平荷載與地震效應影響，采取措施將受水平荷載影響產生的側向變形控制在允許范圍內。選擇此種結構方式，因為不具備梁、柱等外露部分，使得室內空間更大，內部布置效果更佳，但同時也決定了結構延性比較低。設計時應根據相關規范來保證整個結構設計的合理性，控制結構剛度，并樓層最大層間位移與層高比滿足規范要求的基礎上，確定樓層最小剪力系數，使得計算結果更接近規范值。為提高剪力墻結構設計的合理性，就需要做好結構計算管理工作。

2.計算原則分析

2.1樓層最小剪力系數調整原則

即樓層最小剪力系數調整原則，設計時使剪力墻承受第一振型底部地震傾覆力矩可以占到結構宗地不地震傾覆力矩的40%以以下，盡量減少剪力墻結構的設置，最大程度上實現大開間設計方式，合理控制結構側向剛度，樓層最小剪力系數無限接近規范限值[2]。這樣不但可以降低結構自重，而且可以降低地震作用，減少工程造價。

2.2連梁超限調整原則

根據相關規定，高層建筑剪力墻結構長度應控制在8m以內，對于超過8m的應選擇弱連梁結構將其分開。另外，對于跨高大于5m的連梁應按照框架梁進行設計。為降低建立設計值，可以選擇塑性調幅的方式，即遵循連梁超限調整原則，一是在計算內力前折減連梁剛度，二是在計算內力后，將連梁彎矩與剪力組合值與折減系數相乘。在調整后應保證連梁彎矩、剪力設計值高于實際需求值，并且不能低于設防烈度低一度的地震組合所得彎矩設計值，減少正常使用條件以及地震作用下連梁結構出現裂縫。

2.3最大位移與層高之比調整原則

按照相關規定，在對地震作用頻繁樓層最大位移進行計算時，應以樓間彎曲變形為主，將其計入扭轉變形中，并且不對結構整體彎曲變形情況進行扣除。因此，在對高層建筑剪力墻結構進行設計時，應盡量減小結構的扭轉變形，其中對于層間位移不夠的情況，不可以在未分析的情況下就增加豎向構件的剛度。另外，在實際設計過程中，對于結構某一方向層間位移達不到規范要求時，如果采取增加側向剛度的處理方式，必須要做好結構剪重比的控制。如果剪重比與規范相近則可以選擇此種方式處理，如果超過規范值則需要控制增加量，或者是適當減小對應側的結構剛度。

三、高層建筑剪力墻結構設計優化措施實例分析

1.工程概述

以某高層建筑工程為例，工程共有28層，其中地下室2層，主要為設備用房與車庫。首層為架空層，層高為6.5m，2層以上為辦公區域，層高為3.5m。本工程2層設置了梁板式結構轉換層，設計使用年限為60年，安全等級為二級，并且建筑物抗震類別為丙類，地震設防烈度為7級。

2.剪力墻結構設計

2.1結構計算分析

（1）轉換層剛度比

剛度比計算選擇用剪切剛度參數計算，此工程轉換層上部結構與下部結構側向剛度比為：X方向r=1.198，Y方向r=1.182，由此可見轉換層上下層側向剛度比較小，轉換層上下層層間位移相近，達到了轉換層側向剛度逐漸改變的目的[3]。

（2）動力時程分析

選擇SATWE程序來完成對結構的動力時程分析，其中波形確定為mmw-3，lan3-3，其中lan5-3選擇以層間剪力以及層間變形作為主要控制指標。將分析結果與結構設計方案進行對比，最終確定梁配筋基本一致，設計方案滿足相關規范。

2.2結構設計分析

（1）轉換層樓板

框支剪力墻利用轉換層樓板作為分界線，結構上下兩部分內里分布規律并不完全相同。其中，對于上部樓層結構，對于外荷載產的水平力在分配上，主要是按照各片剪力墻等效剛度比例來完成。而對于下部樓層結構來說，受框支柱與落地剪力墻剛度差影響，存在的水平剪力主要集中在落地剪力墻上，最終荷載分配會在轉換層部位發生突變。另外，轉換層結構的存在主要完成剪力的分配，并且結構自身還必須要滿足剛度要求，最終工程選擇用C40混凝土轉換層樓板，厚度為25mm，配筋率為0.42%。

（2）框支柱

此工程框支柱抗震等級為以及，軸壓比應控制在0.6以下，對于部分截面尺寸大形成的短柱，更是需要將軸壓比控制在0.5以下。柱截面延性與配箍率有一定關系，在進行結構設計時，應保證配箍率大于框架柱，一般情況下不能小于1.5%。另外，在進行抗震設計時，因嚴格按照相關規范來進行，即剪力墻底部應進行加強，如底部塑性鉸范圍以及上部一定范圍，通過增加邊緣構件箍筋與墻體縱橫向鋼筋的方式來提高結構抗震性能，以免出現脆性剪切破壞問題[4]。

（3）短肢剪力墻

通過短肢剪力墻結構的設計，可以提高建筑布置的靈活性，并減少建筑結構自重，但是因為其自身抗震性能比較低，會對剪力墻結構穩定性與安全性造成一定影響，因此在選擇時應結合實際情況來確定。

結束語：

想要提高高層建筑工程剪力墻結構設計的合理性，就需要掌握結構受力特征，并嚴格遵循設計原則，從多個方面進行分析，不斷提高設計方案的合理性與科學性，達到提高建筑工程結構安全性與穩定性的目的。

參考文獻：

[1] 胡孔鵬.高層剪力墻結構中剪力墻布置和合理數量的研究[D].合肥工業大學，2012.

[2] 陳耀.高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討[J].福建建材，2011，04：36-37+39.

[3] 曹彬，李銘.高層建筑結構設計中剪力墻結構的要點分析[J].中國建筑金屬結構，2013，22：65.

[4] 蔣寶鋒.高層建筑結構設計中剪力墻結構的要點分析[J].科技傳播，2014，13：55+57.