高層建筑剪力墻結構優化設計探討

金忠堂

(大連新大地建筑設計研究有限公司)

高層建筑剪力墻結構優化設計探討

金忠堂

(大連新大地建筑設計研究有限公司)

近幾年來，高層建筑不斷的發展，不僅解決了用地緊張的現狀，也解決了很多人住房緊缺的問題，由于剪力墻結構自身的優勢，可以提高高層建筑的質量，因此，本文從建筑剪力墻設計原則以及設計本身進行探討，為高層建筑進一步發展和完善提供有效的看法。

高層建筑 剪力墻結構 優化設計

0引言

近幾年來，建筑行業的快速發展，無論是設計施工單位，還是消費者，對于建筑予以高度的重視，從建筑設計到建筑外觀，較之以往都在發生著很大的變化，建筑剪力墻設計成為建筑工程環節重要的部分，由于剪力墻具有很多的優點，剛度大、整體性強、用鋼小等，因此被廣泛的應用于高層建筑當中，但是其本身也有不足之處，由于剪力墻具有較大的抗側剛度，因此會引發較大的地震反應。剪力墻結構中的各墻肢的軸壓通常不大，從而導致不能充分發揮各墻肢的承載力。因此在進行高層建筑剪力墻結構設計時，應該充分發揮剪力墻本身的優勢，克服不足之處，從而進一步完善設計環節。

1、剪力墻結構設計計算原則

在進行建筑剪力墻機構結構設計時，要充分考慮到設計是否符合規范要求，是否滿足實際運行的情況，在進行計算以后，把一些沒有必要的多余量刪除，計算一定要精準，多余量只能說明計算仍然缺少控制能力，在確保計算準確的情況下，有些甚至不需要看計算書或是建筑方案，這樣就可以省去一些不必要的步驟，比如說剪力墻的結構剛度不能夠過大，應該是以規定要求的樓層最小剪力系數為目標，這樣可以使計算結果接近規范限值。在布置剪力墻的時候，我們應該將它布置成雙向的，而不僅僅是單向設置，以此來形成空間的結構；尤其是對于那些抗震設計的剪力墻結構，更應該避免僅單向布置剪力墻。而將剪力墻布置成雙向結構來形成的空間結構，我們可以利用這個優點來做些其他的設計，而且剪力墻自身對負重的能力較高，我們可以減少對材料的投資，并且減少材料本身對自然環境的污染。我們不僅達到了對剪力墻的優化設計目的，還減少了環境的污染，這樣就符合我們原本意愿。我們這樣還可以對規范的要求更加理解，做到靈活使用，讓我們的設計更加完美。

2、剪力墻結構的設計

2.1對于剪力墻結構的設計，其應沿著主軸方向雙向或多向布置。不同方向的剪力墻宜聯結在一起，應盡量拉通、對直成為工形、T 形、L 型等有翼緣的墻，形成一定空間結構?？拐鹪O計時，為了使其具有有較好的空間性能，不能單向設置剪力墻。應使兩個受力方向的抗側剛度相近，剪力墻墻肢截面宜簡單、規則。為了能充分利用剪力墻結構的能力，在設計時必須減輕墻體結構的自量、加大空間面積、提高剪力墻的承載力和抗側剛度等。除此之外，剪力墻的布置不能太密，使結構具有適宜的側向剛度。若側向剛度過大，不僅加大自重，還會使地震力增大。

2.2剪力墻墻段設計要求是墻體規則、豎向剛度均勻，門窗孔洞整齊，要有明確的剪力墻肢和連梁，它們之間的應力應該分布均勻，要符合目前常用的計算簡圖，避免一些剛度差異過大引起的問題。

2.3如果剪力墻較長，應先將其平均分成多個墻體，開挖孔洞，各剪力墻之間的連接部分采用弱連梁連接的方法。但值得注意的是，在進行抗震設計時，應盡量避免開挖孔洞，并且在兩個孔洞之間形成墻體肢截面高度與厚度比小于四的小墻肢。當墻厚大于小墻肢截面的 四分之一時，需按框架柱設計要求對箍筋進行全高加密。

2.4當剪力墻結構平面內的剛度和承重力較大，而平面外剛度和承載力相對較小。為了保證剪力墻平面外的穩定性，就應控制剪力墻平面外的彎矩。

2.5剪力墻的設置能夠影響到結構的抗側剛度的大小，為避免剛度發生改變，應自下而上連續布置。但是值得注意的是，若剪力墻沿高度不連續，會對導致剪力墻結構的剛度沿高度而發生突然變化。

2.6對于剪力墻的設計，為確定個剪力墻的厚度，必須滿足軸壓比、位移比、周期比、抗震等級以及層間位移等各個構造要求，剪力墻高度與厚度比見表。

表1 剪力墻允許高厚比

3、剪力墻結構設計優化措施

3.1 注重轉換層結構設計

新時期高層建筑越來越多，使用功能也是逐漸的多樣化，對于一些多功能的高層建筑來說，上下兩部分的使用功能是不一樣，因此就要考慮到轉換層的結構設計，在設計的時候，要充分的考慮到大空間的剪力墻轉換難度大，調整上下之間的剛度使之達到相互接近值，由于轉換層本身的剛度和質量不應該大，可以通過在水平力的作用下，精確的分析轉換層位移角是否均勻，通過仔細的分析可能存在的問題，研究具體結構的內分配問題，才能保證轉換層結構設計的完整性。

3.2 優化連梁設計

對于連梁非抗震及抗震設計，高跨比大于和小于2.5這兩種情況，規范在截面受剪承載力以及配筋這兩個方面都有明確的要求。塑性調幅可以采取以下兩種方法：①將連梁的剛度在內力計算之前進行折減。②將連梁的彎矩與剪力的組合值在內力計算之后再乘上一個折減系數。不管是采用哪種方法，應該確保經過調整后連梁的彎矩、剪力設計值不得小于使用階段實際值，也不得低于設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值。防止在正常使用狀況下或者較小地震作用下產生裂縫，影響結構安全。另外，還必須要重視連梁的鉸接處理。

3.3 底部加強部位的設計優化

一般在進行高層剪力墻結構設計時，最底部分的高度可以獲取嵌固部位以上，墻肢總高度的十分之一和底部兩層的較大值；底部帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度可取框支層加上框支層以上二層的高度及落地抗震墻肢總高度的十分之一二者的較大值。當將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發生在地上樓層，同時將影響到地下一層，此時地下一層的抗震等級不能降低，加強部位的范圍應向下延伸到地下一層，并應按規范要求在地下一層設置約束邊緣構件。

4、結束語

通過本文的分析，我們可以看出，剪力墻機構自身的優勢對于建筑本身來說是很大的提高作用，在進行設計時，我們一定要遵循設計原則，按照規范規定，理論聯系實際進行設計，將剪力墻自身剛度大、整體性強等優勢發揮出來，不僅可以降低建筑工程造價的成本，也可以保證建筑美觀設計的統一性，作為設計者，還應不斷的學習借鑒，不斷的提高觀念意識，思想要隨著時代的發展而前進，才能不斷的為提高建筑剪力墻設計水平提供有效的技術支持。

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[2] 李金石.高層建筑剪力墻結構設計的探討[J]. 科學之友. 2011(14)

[3] 鐘勇華.淺談高層建筑結構設計[J]. 中國高新技術企業. 2009(24)

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1007-6344（2015）05-0303-01