高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計分析

李柳

摘 要：在我國現階段的城市中，高層建筑越來越多，在建筑工程中剪力墻結構設計的應用越來越廣泛。近幾年，我國城市得到了飛速發展，建筑工程也不斷向高層方向發展，在建筑工程設計過程中，為了滿足在抗震方面的需求，出現了許多新結構形式，剪力墻結構是其中最為常見的一種，并且也得到了廣泛應用。在高層建筑中對鋼筋混凝土剪力強結構進行應用，能夠提高墻體的抗震性，并且能夠避免建筑工程室內出現梁柱，確保了建筑工程的美觀性，以及應用的方便性。由此可見，加強高層建筑混凝土剪力墻結構設計分析意義重大。

關鍵詞：高層建筑 鋼筋混凝土 剪力墻結構設計

近幾年，隨著土地資源的日益緊缺，我國的土地政策和購房政策的持續性調整和優化，促使我國房地產商不斷地拔高樓房的建設，高層建筑住宅的容積率相對較高，已在我國成為一個普遍的趨勢。目前，從現有的技術而言，相對實用和經濟的住宅要數鋼筋混凝土剪力墻結構了，其也是當前我國高層建筑中使用最多的一種結構體系。雖然鋼筋混凝土結構具有較大的經濟性和實用性，但是開發商為了進一步的減少工程造價，降低住宅成本，會要求在設計的同時對住宅鋼筋和混凝土的用量進行限制，這種限制在合理范圍內并不會導致房屋質量的下降，這就要求設計公司在對房屋結構設計時進行不斷的優化，以提升房屋結構的安全性和使用功能的經濟合理性。

一、多層住宅優勢和存在的問題

在過去的十幾年中，多層住宅主要以磚混結構為主導，其優勢在于施工的便捷性、建筑材料容易獲得;其次，工程造價低，對于房屋建筑的維護費用也相對低廉;住宅的戶型、朝向和通風都相對較為完善，較適合我國南北方居民的居住習慣;住宅相對較低，利于居民到戶外運動。隨著我國經濟發展，人們對物質生活水平要求的不斷提高，資源也在日益的匱乏，盡管低層的磚混結構仍然具有一定的發展優勢，但因其存在的問題也引起了人們的關注，如占地大，對于土地資源匱乏的今天，矛盾顯得尤為突出，幾十年來，我國城市住宅多以磚混為主，從節地角度來說，它以平面化的模式為主。

多層住宅的節約用地也僅僅體現在降低高層、加大進深、東西向布置、縮短間距等手段進行。另外，對于磚混結構的房屋，使用了大量的粘土磚，造成了土地資源的浪費同時污染了周圍的環境。由于技術限制，以前的磚混結構采用的粘土磚87%以上均為實心磚。據了解，我國的制磚企業有10萬余家，每年要燒制的磚頭相當于100萬畝土地。每年生產的實心粘土標準磚頭將近6千億塊，需要耗能6千萬噸煤，占了我國全年能耗比的5%左右。而對于發達的國家，如美國、日本等，只有2%左右;磚混結構另一個缺點就是其節能性較差和適居性問題，尤其是對于老年住宅用戶而言，5樓和6樓上樓不方便，特別是對老、弱、病、殘等人士尤其困難。根據對小區用戶的調查，大多數居民不愿意住在5樓和6樓。

二、 高層建筑剪力墻結構的優、劣勢

在建筑結構設計中，結構體系選型十分重要，直接影響到結構安全性、抗震性能、造價以及后期的使用功能。我國現代民用高層鋼筋混凝土建筑結構常見的有以下幾種：框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、框架-核心筒結構。

本高層住宅樓項目采用的是剪力墻結構，此種結構在高層住宅中的應用之分普遍，與住宅的墻體多、面積不大的特點相適應，相應的此種結構往往不適宜公共建筑[1]。

剪力墻結構體系有其優勢、也有其劣勢，具體歸納如下：

①優勢：承重墻、分隔墻連成整體，經濟性良好，尤其在高層賓館、住宅等十分適用;簡潔、寬敞，用戶可根據實際需求改造，使用功能較好;抵抗水平荷載能力強，側移小;結構質量大，可吸收更多的地震能量，安全性高。②劣勢：抗側移剛度大，因此某些情況下易引發強烈地震反應，威脅結構安全;結構延性較差，由于采用的是構造配筋，配筋率不高，雖然結構較為靈活，但是延性卻受到了影響。

三、高層住宅鋼筋混凝土剪力墻結構優化設計

（一）鋼筋混凝土剪力墻特點分析。所謂鋼筋混凝土剪力墻，就是指通過用鋼筋混凝土的墻板來代替框架結構中的梁和柱，達到房屋建筑中不同構件所產生的負荷，是一種能夠很好的控制水平力的結構。對于鋼筋混凝土剪力墻的特點而言，主要體現在一下幾個方面：（1）具有較好的抗側力能力;（2）側向的剛度大，在水平負荷下發生偏移的概率非常小，在剪力墻結構下住宅的空間特性也體現的非常的簡單和寬敞;（3）由于剪力墻比框架結構的自重要大，因此對于地震的反應也相對較大;（4）剪力墻的施工條件比框架結構要更加的麻煩，工程造價也相對較高。雖然剪力墻的結構也存在著許多的不足，但對比發現，剪力墻的利要大于弊，使其更多的運用在住宅建筑中。

（二）高層住宅鋼筋混凝土剪力墻結構優化設計原則。在高層剪力墻住宅建筑標準中，剪力墻自身的鋼筋量約占到了總鋼量的45-65%左右，剪力墻周邊結構或者構件的用鋼量占到了30-50%，以上數據根據調查，采用的是抗震強度為7度的剪力墻結構;剪力墻設計結構的好壞直接關系到住宅的經濟指標，同樣關系到居民住宅的安全性。因此在高層住宅剪力墻設計中應該概括為以下幾個方面：1）盡可能的對剪力墻的數量進行優化，減少剪力墻的數量;2）在對不同墻肢設計時，應該盡可能的減少邊緣構件的數量;3）通過優化，采用較少的抗測壓構件達到較為滿意的效果。

四、結構設計優化原則

在建筑尤其是高層建筑住宅結構設計過程中，剪力墻是必不可少的部分，該種結構具有抗側剛度大、施工操作方便簡單等優勢。從剪力墻本身結構來看，其剛度相對較大，小震范圍內可保持一定的彈性;如果震作用相對較大，則連梁耗能以后就會有效吸收地震剪力，然后屈服，在塑性鉸的作用下使其協調變形，從而降低剪力墻結構剛度，地震作用也因此而減小。在結構優化設計過程中剛度較大時，地震抵抗能力就會越強。在實踐中可以看到，剪力墻無限增加，雖然可以增強結構剛度，但是也會增加自身的質量，進而使地震作用擴大化。在這種情況下，建筑工程項目施工建設費用和成本就會大幅度提升。因此，剪力墻結構經濟性與剛度關系的處理是提高設計質量的關鍵所在。

具體而言，在結構墻建設以及布設過程中，平面上的各個方向應當保持均勻，而且豎向上的構件切忌中斷;查看剪力墻結構試算結果，使結構的位移角接近規范限制，充分發揮剪力墻的抗側向剛度;核查計算結果，應當能夠有效滿足周期要求以及規范位移要求，其核查底部的剪力值應當處在合理范圍之內。上述操作的主要目的在于達到結構剛度合適、工程造價合理的目的。

五、結束語

近幾年，我國建筑行業得到了快速發展，其也不斷向高層方向發展，在此背景下，剪力墻結構的應用也變得更加廣泛。在高層建筑建設過程中，應當將剪力墻結構的優勢得到充分發揮，從而使建筑的抗震性和安全性。在高層建筑中的剪力墻結構設計時，應當充分結合實際情況進行適當優化，確保設計方案的合理性與可行性，同時也達到節約能源，保護環境的效果，最終促進建筑行業的健康發展。

參考文獻：

[1] 馮永勝.高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計分析[J/OL].河南建材，2019（02）：34-35[2019-04-24].https：//doi.org/10.16053/j.cnki.hnjc.2019.02.019.

[2] 劉福旺.高層建筑混凝土剪力墻結構設計分析[J].建材與裝飾，2018（23）：110-111.

[3] 姜劍飛.高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計[J].建材與裝飾，2017（40）：75-76.

[4] 王建業.高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計探討[J].工程技術研究，2017（03）：223-224.