淺析高層建筑剪力墻結構優化設計

王鴻德

摘要：建筑行業的快速發展，不止給我國經濟建設帶來非常大的推動作用，同時改善了人民的居住環境。在高層剪力墻結構 設計中怎樣發揮它具有的足夠的抗側能力等優點，結合工程實例，從建筑整體結構計算、經濟含鋼量等多方面探討了高層建筑 剪力墻結構優化設計處理方法和措施，以實現建筑結構設計的整體優化，從而達到科學、合理、經濟的設計要求。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻結構；優化設計

中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）06-0061-01

引言

建筑行業之所以能快速發展，離不開國家的大力支持和扶持，

同時各行業的蓬勃發展也是使建筑行業快速發展的基石。剪力墻結 構對于高層建筑性能提升有著很大的促進作用，但在剪力墻的應用 中還存在很多不足，所以需要將結構優化設計做好。

1 關于高層剪力墻的概念概述

剪力墻結構廣泛應用于我國高層建筑墻體結構中，它主要是通

過混凝土和鋼筋對建筑設計。剪力墻結構作為整體建筑的構件，要 契合建筑的整體布局，滿足建筑的平面結構，還具有抗震、抗風、 承重的能力。高層建筑的剪力墻中有許多的承重柱，讓建筑物內部 簡潔美觀，這樣使得內部的活動空間變得更大，房屋使用者可以最 大限度地根據自己的要求對內部空間進行設計，滿足自身需求。

2 高層建筑中剪力墻的應用評價

在高層建筑中，抗震性能是決定建筑質量的重要因素，因此，

需要有效控制建筑物在地震水平荷載作用下產生的橫向位移量，該 情況下，剪力墻結構得到了廣泛應用，如何進行剪力墻受力分析和 結構計算，成為建筑設計行業的熱議課題。剪力墻結構具有整體性 良好、側向剛度大，同時在水平力作用下位移量小的優點，由于沒 有梁、柱等結構構件，有利于建筑物內部空間的布局設計。隨著建 筑物高度不斷升高，在地震等外力作用下，建筑物產生的橫向位移 量會越來越大，剪力墻結構也會發生扭曲形變，在以往的結構設計 中，大都將剪力墻簡化成具有等效剛度的桿件，然后在此基礎上進 行內力分析和結構設計，尤其需要注意剪力墻在和樓面連接處的結 構設計，應該采取有效地控制措施，提升整體穩定性。

3 剪力墻的分類

①實體墻。實體墻一般情況下墻體不開洞，或者開洞的尺寸非

常小。實體墻墻體抗彎曲的能力非常好，不會發生反彎現象，其負 荷能力比較強；②整體小開口剪力墻。當剪力墻上所開的洞口面積 超過整面墻體面積的 15%時，從受力圖中能看出本應在洞口處呈直 線狀的正應力已經變成在洞口兩側，此種情形雖然不會使剪力墻產 生異常情況，但是在連梁處有反彎現象；③多肢剪力墻。多肢剪力 墻墻體開洞的尺寸比較大，其開洞的地方分布的也比較均勻，墻體 結構和整體小開口剪力墻比較類似；④壁式框架剪力墻。剪力墻上 洞口開得過大，剪力墻截面整體性將受到破壞，除梁柱的交接處不 產生變形外，剪力墻此時已接近于框架的內力分布，成為剪力墻與 框架之間的一種過渡，即壁式框架。

4 淺析高層建筑剪力墻結構優化設計

4.1剪力墻結構構件的經濟含鋼量

隨著我國建筑結構的高度越來越高，高層建筑結構采用剪力墻

形式已經不是新鮮事務。經過我國多年的設計及成功的施工經驗累 計，對高層建筑剪力墻結構構件適宜的含鋼量已經有了一些數據上 的統計。依據這些含鋼量的指標可以對結構設計的經濟性起到一定 的指導作用。

4.2剪力墻結構的適宜方案

剪力墻結構設計的方案有多種選擇，選擇適宜的結構形式，不僅

能保證建筑結構的安全性，而且能大幅度的降低工程造價。在設計方 案及初步設計階段正確地選擇建筑的結構體系以及構件的截面及采 用的材料，對整個建筑的經濟性影響是相當大的。選擇較為合適的結 構體系，可以在方案階段總體控制成本。同時由于上部使用功能的差 別，構件截面類型也會有差異，從而導致成本差異。因此必須在方案 設計階段確定適宜的結構形式。層數較小（比如 20層以下）的高層住 宅，可采用短肢剪力墻結構體系。20 層以下的高層住宅采用傳統的 現澆剪力墻結構，各墻肢軸壓比計算值往往較小，墻體配筋為構造配 筋，墻體承載能力遠遠沒有發揮出來，工程費用較高，這時若采用短 肢剪力墻結構，以上不足之處就可以得到解決。在7度區，20層以下 的高層住宅采用短肢剪力墻結構，結構頂點位移、周期、水平地震剪 力一般可控制在合理的范圍內。采用短肢剪力墻結構，由于合理地將一部分鋼筋混凝土墻置換成磚墻或其他砌體，使得結構自重減輕，將 偏大的結構剛度降下來，結構地震反應減少，工程費用降低，還增加 了結構的延性，使結構的抗震性能提高。

4.3剪力墻定位

如果平面的布置控制工作沒有做好，則會導致平面不夠均勻或

者對稱不接近標準狀態，進而造成剪力墻的結構剛強度與力作用重 合偏差較大，最終會導致彎矩現象，墻體扭矩的狀況。因此，對于 剪力墻的定位，需要按照估算好的數值、劃線定位，保持平面的均 勻與對稱在標準范圍，同時，內外墻體需要直通，墻體直截而保持 簡且有規則。

4.4承重設計

對剪力墻的承重結構設計有利于高質量完成建設任務，剪力墻

結構設計人員應該在充分了解相關政策和施工數據的基礎上，進行 剪力墻的各個承重構件設計，確保建筑整體質量和承重能力。在對 剪力墻承重構件設計時，還需要對原有的技術和結構進行優化升級，

準確計算墻體的配筋率。 4.5約束邊緣構件

在建筑結構設計中，約束剪力墻邊緣構件對其進行處理可以使 剪力墻在相同條件下發揮更大的作用。由約束邊緣構件和構造邊緣 構件這兩種方式構成了剪力墻的約束邊緣構件處理，各有優缺點， 綜合比較來看，構造邊緣構件在建筑承載力上有更好的表現，而有 約束邊緣構件則在抗震性和穩定性上優于構造邊緣構件，所以應按 具體項目具體需要進行選擇。

4.6優化剪力墻結構配筋

剪力墻配筋控制對建筑物主體造價起著關鍵性的作用。通過以

往高層建筑物的結構設計對比，一般的剪力墻配筋幾乎都是按規范 規定的最小配筋率構造配筋，所以控制剪力墻厚度，可以有效地控 制剪力墻墻身鋼筋用量。選擇優質的材料是進場前第一步要做好的 工作，鋼筋材料的選擇是至關重要的，各種合格證明一定要檢查清 楚。合格的鋼筋才能進入施工場地。剪力墻結構的配筋選擇要滿足 工程測算和建議標準的材料，將水平鋼筋安置在外側，垂直鋼筋安 置在內側，根據現實情況優化設計，減少建筑成本。

4.7優化剪力墻結構連梁設計

在高層剪力墻結構中，連梁是一項關鍵的耗能構件，連梁常被

稱為結構抗震設計中的“保險絲”，它可以起到耗散地震能量的作用。 所以一定要優化剪力墻結構連梁的設計，連梁的強剪弱彎應該反復 多次驗算，確保高層建筑在修建完畢后連梁的彎曲破壞比剪切破壞 晚。除此之外，在實際施工過程中也不能隨意加大連梁縱筋和箍筋， 前者會導致無法滿足“強剪弱彎”的要求，后者會導致剪切破壞提 前發生。例如：當連梁的跨高比大于 5 時，剛度不能減少，需要按 照框架梁的要求設計施工，此時可將跨高比為增加至 6，解決剛度 不減少導致剪力過大的情形，還可以減少鋼筋混凝土的使用量，從 而減少投資成本。

結語

總而言之，剪力墻結構憑借良好的可操作性在高層建筑中得到廣泛

應用，為更好發揮剪力墻結構的作用，還需要做好結構優化設計。 在進行設計的過程中，必須進行整體的布局考慮，結合建筑物特點， 完善剪力墻結構設計，進行合理的分析與計算，從而確保能夠從根 本上發揮剪力墻整體效用，保證建筑結構設計質量。

參考文獻

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