淺析高層建筑結構中剪力墻結構設計

邵昆 宋國用

【摘要】隨著我國經濟的發展迅速和人民生活水平的日益提高，建筑行業的發展日新月異，建筑業的發展要與城市化進程相適應。在對高層建筑結構進行設計時，其抗震結構始終是整個設計中較難實施也是最為薄弱的環節，因高層建筑本身的復雜特點以及地震發生時會造成的種種不確定影響。作者闡述了剪力墻結構設計在調整樓層最小剪力系數、調整樓層間位移與層高之比等方面所應遵循的基本原則，并對高層建筑中剪力墻的結構設計要點進行了詳細分析，以有效保證建筑工程的施工質量。

【關鍵詞】剪力墻；結構設計；高層建筑；剪力系數

1、剪力墻結構設計的基本原則

在建筑中剪力墻結構主要承載的就是水平以及豎直方向的荷載和重力，在剪力墻設計中不但要求其安全合理，還需要對其經濟問題進行思考。在設計中，對于各項位移的限制值也需要使其能夠滿足，對于其構件中的抗側力構件作用也需要加強思考。對于剪力墻的豎向設計也需要使其能夠滿足位移限制值相關規范的要求，盡可能的使其數量能夠減少，同時對于基本的振力也不造成影響。

1） 調整樓層最小剪力系數方面的原則。在進行剪力墻的設計中對于其構件盡可能的減少布置，其中最佳的設計方案就是進行大開間剪力結構的布置，使得側向剛度結構能夠達到最好的狀態。同時，樓層間的剪力系數也要確保較小，但是不能超過相關規范規定的范圍，短肢剪力墻承受的地震傾覆力矩以及和整體總底部承受的地震傾覆力比一定要不大于1∶ 4，這樣不但能夠將結構自身的重量減小，并且還能減少地震所帶來的損害，可節約成本。

2） 調整樓層間最大位移與層高之比方面的原則。在對規范規定的最大樓層間的位移進行計算時，假如建筑所處地區出現地震的情況比較多，對樓層的標準值在進行計算時可以將結構的整體彎曲變形進行保留，在以彎曲變形為主的建筑中需要計入扭轉變形。在高層建筑當中重點需要考慮的就是樓層間的剪力變形以及扭轉變形。結構的剪切變形主要是通過豎向構件的數量進行確定的，在實際的工程中，有很多構件還是很難滿足的，同時還需要加強對構件的合理布局，如果布局不合理，就會導致產生扭轉變形，那么樓層間的位移就很難達到要求。所以，相對高層建筑來說，不能簡單的只是利用樓層間的位移來進行豎向構件剛度的確認，同時還需要盡可能的減少扭轉變形。

3） 調整剪力墻結構連續超限方面的原則。剪力墻結構的連續跨高比如果太小就會出現彎矩和剪力過大的情況，這樣就超過了相關規范限度，跨高比一般不小于2. 5。按照相關規定的要求，在跨高比小于5 時，連續梁是不能進行折減的，對跨高比的合理選擇能夠有效的避免剪力和彎矩過量。在進行結構設計中對以上所述有效合理的利用就能夠在一定程度上降低工程成本。

在對剪力墻的結構設計中，不僅需要符合相關規定，還需要加強對其他方面因素的考慮，對建筑物的立面以及平面一定要盡可能的確保均勻，并且剪力墻結構一定要遠離房屋中間，這樣是為了確保房屋的整體抗扭能力。

2、剪力墻結構設計在建筑結構中的應用

1） 對剪力墻暗柱鋼筋進行合理配置。相關規定表明，對于一級、二級以及三級剪力墻結構設計，一定要設置暗柱與端柱。在剪力墻結構設計中設置暗柱與端柱，能夠在一定程度上消耗大量地震波的能量，因為剪力墻的邊緣構件抗拉的能力很強，所以能夠有效的提高建筑的穩定性。

2） 對剪力墻結構進行合理布置。在建筑結構設計中，能夠有效的利用鋼筋混凝土的剪力墻，承擔一定的水平地震作用力以及來自各個方向的荷載力。所以，在對剪力墻進行布置的時候，一定要達到建筑本身的要求，找到建筑自身的曲線，再對其進行規則性的布置。在對其進行布置的時候，除了要考慮建筑豎向的承載構件的布置，還要考慮建筑結構的對稱性，進而避免建筑在受到水平地震力的時候，發生扭轉效應。

對剪力墻結構進行合理布置，首先，要慎重的選擇短肢的剪力墻結構，這樣不僅能夠對建筑進行靈活的布置，還能夠有效的減少建筑結構的重量，短肢剪力墻結構，建筑的抗震能力不強，不能夠保障建筑的穩定性。其次，在建筑結構中不能夠出現獨立的小墻肢，如果在建筑設計中，出現了獨立的小墻肢，就會加大建筑施工的難度系數。因此，在建筑設計中，要運用合并洞口來對建筑剪力墻進行合理的布置，進而避免使用獨立墻肢，降低施工的難度系數。最后，要保障剪力墻的整體剛度，在施工過程中，如果剪力墻的剛度過大，那么就能夠有效的減少施工的時間，導致地震力較大，消耗更多的建筑能源，經濟效應差。除此之外，地震力增大將會導致建筑墻肢與連梁超筋之間不能夠達到抗剪力的標準，因此加大了截面設計的難度系數。所以在控制剪力墻整體剛度時，一定要滿足位移限制的標準。

剪力墻布置時遵循的原則： 在建筑物的角部必須設置剪力墻； 在樓梯間、電梯間處的墻體也要設置剪力墻；盡量多布置一些“L”形、“T”形的剪力墻； 剪力墻應該盡量在一條直線上； 當剪力墻的長度大于5 m 時，在剪力墻剛度富裕的情況下可設置結構洞口； 盡量不要出現短肢剪力墻。

3） 合理的控制剪力墻結構參數。為了保證高層建筑結構設計中剪力墻結構布置的合理性、恰當性以及科學性，就要對位移比、側向剛度比、周期比等一些參數進行有效的控制。位移比通常是指高層建筑中，豎向構件本身的樓層的位移和水平位移與樓層平均值的比值。除此之外，還對剪力墻結構布置其自身的不規則性進行限值，這樣能夠有效的防止建筑出現偏心力，出現建筑扭轉的現象。位移比限值是根據剛性樓板假定的條件下確定的，高層建筑的豎向構件位移比一般是不能夠超過1. 2 倍的。

4） 連梁設計。如果剪力墻受水平荷載時，墻肢就有可能產生扭曲變形，連續梁對于墻肢的水平力能夠平衡，在一定意義上能夠改善墻肢的受力狀態，對墻肢能起到約束的作用。因此，在連梁設計時，需要對連梁剛度以及高度進行適當的折減，有效增加跨度以此降低結構的剛度，對抗震結構的設計進行完善，能有效緩解地震對剪力墻的影響。除此之外，為了能夠有效提高結構的抗震性能以及承載力，也可以適當的增加剪力墻的厚度，增加連梁截面，使連梁的作用得到最大限度發揮。

結 語

當前，隨著人們對于高層建筑的需求增多，大量的高層建筑在各種用途的建筑中出現，這在一定程度上能夠有效利用土地使用面積，符合當前社會經濟發展的需求。對高層建筑中的剪力墻的應用更能有效的體現出其很好的優勢。不但能夠滿足建筑最基本的使用功能，還能夠對人們日益增長的個性化需求以及工程經濟性需求和耐久性的要求都可以實現。剪力墻的結構設計技術的應用能夠有效的確保建筑的質量，也能夠降低建筑工程的生產成本。

參考文獻

[1] 張建勛，谷軍，張帆. 框架剪力墻結構的概念設計要點分析[J]. 建筑設計管理，2011（ 10） ： 3-5.

[2] 師希望，林順青. 某高層框架—剪力墻結構設計要點的探討[J]. 科學之友，2011（ 9） ： 6-8.

[3] 郭兆偉. 高層框架剪力墻結構抗震設計的技術要點分析[J]. 建材技術與應用，2011（ 1） ： 7-10.

[4] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析[S].