高層建筑結構設計特點與剪力墻設計分析

左光輝（河南省朝陽建筑設計有限公司，河南省鄭州市450000）

高層建筑結構設計特點與剪力墻設計分析

左光輝（河南省朝陽建筑設計有限公司，河南省鄭州市450000）

現今隨著經濟建設的快速發展，我國建筑行業的規模不斷的擴大，高層建筑快速的發展起來，是城市經濟建設的重要內容，高層建筑的結構特點與一般的建筑不同，其中剪力墻的設計是高層建筑的重要內容，以下就針對高層建筑結構的設計特點以及剪力墻的設計進行詳細的分析，從而提高整體建筑結構的質量。

高層建筑；結構設計特點；剪力墻；設計分析

1 引言

隨著新時期經濟的快速發展，我國高層建筑的規模不斷的擴大，城市土地資源的緊張，使得高層建筑層出不窮，在整體結構設計時也更加的復雜，結構設計的特點與剪力墻的設計都與低層建筑結構的設計不同，高層建筑結構的整體受力狀況也更加的復雜，所以在實際的高層建筑結構設計時，要對多方面對高層建筑的設計特點進行分析，根據剪力墻的設計要點進行實際的施工建設，本文就對高層建筑結構設計特點與剪力墻設計進行全面的分析與研究。

2 高層建筑結構的設計特點分析

高層建筑與低層建筑相比，具有較多的結構特點，只有了解高層建筑的結構特點，才能夠根據結構特點進行設計特點的分析，以下就對高層建筑結構所具備的結構設計特點進行闡述分析：

2.1 高層建筑結構對整體延伸性以及抗震要求更高

高層建筑結構具有其特有的延伸特點，與普通的低層建筑相比，高層建筑的結構更加具有流線與柔軟性，一旦受到外力的強破壞作用，就會導致嚴重的結構變形，這是高層建筑結構的延性特點。在設計施工過程中，要提高建筑結構的抗地震倒塌能力，使其具備良好的抗變形性能，在進行高層建筑結構設計時，要尤其將頂部的結構進行調整變化，提高整體結構的延性。在高層建筑結構設計時，要保證設計的延性，從而提高整體建筑的安全穩定性。地震具有較高的未知性與復雜性，在進行理論的額計算與分析時往往會與實際出現偏差，所以但高層建筑結構到達彈塑性階段時，就會導致整體結構構件的損失，在設計高層建筑結構時要求更高的抗震要求。

2.2 高層建筑結構的側移與變形特點

高層建筑隨著層數與高度的增加，水平荷載會導致結構較大的側移變形，并且側移的速度很快，因此結構側移是高層建筑設計的重要控制因素，在水平荷載的作用下，我們在結構設計時應該認識到側移的控制因素，將高層建筑采用剪力墻結構，在水平荷載作用下，周邊墻體的軸壓應力一般都大于中部墻體，變形程度也就更大，當建筑逐漸升高到一定范圍時，若是沒有控制好水平向的側移與變形，就會埋下較大的安全隱患，所以在進行高層建筑結構的設計時，要充分考慮到側移的影響，使其在科學的設計計算下控制在合理的范圍內，保障建筑結構的安全可靠性。

2.3 高層建筑結構的水平荷載特點

高層建筑結構的水平荷載是結構設計中的重要特點，水平荷載是物體在水平方向上的作用力，在高層建筑結構上，就會導致整體的結構產生內部的變形，一般高層建筑自重和樓面的水平荷載會使結構構件產生彎矩以及軸力，其中的數值與建筑物的高度成一次方的正比。水平荷載對高層建筑產生的傾覆力矩，和對豎直構件產生的軸力，都與建筑物的高度成二次方的正比，建筑結構的水平荷載大小與樓層的高度，自重，軸向作用力等都有著密切的關系，水平荷載是高層建筑設計的決定要素。

3 高層建筑的基本結構分析

高層建筑的基本結構在進行設計分析時，有幾個比較重要的要點，比如高層建筑結構的變形分析，高層建筑結構的樓板剛性，以及整體高層建筑結構的圖形計算等，以下進行分析：

3.1 高層建筑結構的變形分析

在高層建筑結構設計時，往往要根據具體的高層建筑特點進行分析，高層建筑會發生小變形，所以在設計分析時，首先要做的就是對高層建筑變形的計算與假設，這就涉及到了建筑結構的非線性幾何知識，我們要嚴格的按照規范的建筑設計要求進行，根據高層建筑的高度變化與水平側移的變化，考慮到整體的結構變形可能性與具體的范圍假定。建筑結構設計人員要重視對結構變形的計算與分析，保證建筑結構變形維持在可控制的范圍內，從而提高建筑結構的安全穩定性。

3.2 高層建筑結構的樓板剛性分析

高層建筑結構在進行設計時，要考慮到整體樓板的剛性大小，我們要把樓板的剛度認為是最大程度，在這個無限大的前提下，建筑結構的位移是可以控制在較小范圍內的，采用此種計算的方法可以簡化步驟與程序。在進行高層建筑結構的設計與計算時，要考慮到整體建筑結構的特點，特別是剪力墻對于樓板剛性的適用情況，在設計的時候要考慮到實際的情況，保障建筑的質量。

3.3 高層建筑結構的整體圖形計算分析

高層建筑結構的在設計分析時，必不可少的就是對圖形的計算，可以結合不同維度的方法進行計算設計分析，當對建筑的一維模型進行計算時，要考慮到組成構件的變形大小，從而進行科學合理的調整，將整體的建筑結構轉變為整個水平方向上的結構，采用一維的計算圖形方法可以簡化結構的計算。而二維的圖形計算就是要考慮到抗側力的變化與大小還要考慮到樓層面的各個抗側力引起的變形問題，這些都可以利用二維的計算方法進行具體的設計計算。

在高層建筑結構設計中，最科學也是最全面的圖形計算方法就是三維空間的計算，這種計算方法比較復雜，在前兩個計算方法的前提上，不僅僅要考慮到各個組成部分的抗側力大小與水平面上的剛度，還要考慮到整個樓層的位移與變形特點，完善整個建筑結構三維空間的設計與分析，控制好每一個節點與截面，從而保障建筑結構的安全可靠性。

4 高層建筑結構的剪力墻設計的詳細分析

高層建筑結構的剪力墻設計是施工設計中最常見的一種結構，剪力墻可以承擔較大的荷載壓力，還具備抵抗變形的能力，采用剪力墻可以降低材料的使用，還可以合理的布置建筑室內的空間分布，剪力墻施工技術可以將墻體之間進行分隔，具有較高的實用價值。高層建筑結構的剪力墻設計分析主要包括以下幾點：

4.1 剪力墻結構的布置分析

在高層建筑在整體結構的主軸方向上進行雙向的布置，這樣具備空間的特點，在研究結構抗震性能時，不要將剪力墻布置在單向的位置，要使剪力墻的剛度實現雙向接近。一般在布置剪力墻的平面時，要注意均勻性，周邊以及對稱性，，保證數量的合適，若是較少，就會導致結構的側向剛度不符合要求，過多將很難充分利用墻體的優勢，使得剛度太大，不利于整體高層建筑發揮結構的性能，造成成本的浪費。

4.2 布置墻肢的截面

在布置剪力墻的墻肢截面時，要保證均勻規則，墻肢的豎向剛度要符合要求，在布置門窗時也要上下對齊，避免出現偏差導致墻肢布置的不均勻，若是出現差錯，就要根據彈性的有限元分析法分析應力的大小，然后根據根據應力的大小對墻肢的配筋進行重新設計與糾正，在進行結構布置時要最受規定要求，并且在低下與地上的1～3層進行底部的加強。

4.3 剪力墻結構設計時要注意厚度與配筋的使用

剪力墻在水平方面要進行配筋的設計，要注意橫向的抗剪力，防止出現斜向上的裂縫導致墻體出現脆性的損壞。此外剪力墻在豎直方向上的配筋是為了提高抗彎能力，豎直方向上的配筋比率應該包括約束邊緣的構件配筋，而剪力墻的墻肢配筋也要布置在邊緣區域，水平的配筋率與豎直的配筋率不能低于0.25%，要保證二者之間的距離在300mm之內。

剪力墻自身結構就具有強度與剛度，是為了保證連梁與墻體之間的協調性，連梁可以提高剪力墻結構的剛性，從而緊密連接墻體與墻肢。我們在設計與計算高層建筑結構時，要折減連梁的剛度，規定折減度要大于0.5，取值的范圍要控制在0.5～1.0之間，折減厚度剛度若是存在截面結構的彎折就要降低連梁的高度，從而滿足結構的而要求。

對于剪力墻的邊緣結構來說，邊緣結構的無約束力截面要比約束力截面的承受力少2/5，在選擇剪力墻邊緣結構的是否約束性，要根據具體的承載能力與軸壓比來決定。

5 結束語

總之，在進行高層建筑結構設計時，要考慮到整體建筑結構的特點，對剪力墻的設計進行全面的分析與研究，保證設計的科學合理性，從而提高建筑結構的質量。

TU974

A

2095-2066（2016）05-0140-02

2016-1-1