高層建筑剪力墻結構設計初探

陳權明

摘要：剪力墻體系結構是建筑施工的重要組成部分，其設計的好壞，很大程度上影響著整個建筑施工的質量，決定著建筑施工投資成功與否。當前，人們不斷追求新穎與潮流，為林立的建筑物帶來了嶄新的面貌，但對于設計人員來說，提出了更高的要求。主要對高層建筑的剪力墻體系結構設計進行探討。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;設計探討

房屋建筑是人們生活中必不可少的，其施工質量的好壞直接影響著人們的生命健康與財產安全。剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構，在高層房屋中被大量運用。主要作用是承受豎直和水平方向的各種荷載引起的內力，對于其他結構的水平力也可以很好地控制。目前，剪力墻結構被廣泛的應用于高層建筑中，剪力墻為高層建筑物提供的抗剪強度與剛度都很大，可以有效的保證建筑施工的質量。

一、高層建筑物的受力特點與支撐件

對于高層建筑而言，越高所承受的豎直壓力就越大，水平風荷影響也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。對于比較低的建筑來說，高度較低，地基面積較大，相對而言所受的風荷及地震影響就很小，在高層建筑上，水平荷載產生的傾覆力會很大，設計人員主要考慮的問題是水平荷載，軸向變形及結構延性等方面。

（一）水平載荷

建筑物的高度達到一定數值后，它們在豎直方向上承載的荷載變化量并不大，所承受的風荷載以及地震作用的水平荷載會呈現一定的規律性，建筑物的結構特性不同，風荷載及地震水平荷載則會隨之發生較大變化。

（二）軸向變形

建筑物越高，豎向荷載越大，豎向荷載越大，連接柱中的軸向變形就會越大，相應的，連續梁的彎矩所受影響就會越大，預制構件的下料長度也會受影響而有所改變，由此可見，在施工時必須計算出軸向變形值，并及時調整下料長度。

（三）結構側移

高層建筑的結構設計關鍵之一是結構側移的控制，樓房越高，水平荷載下結構的側移就會越大，對于樓房的穩定性威脅也就越大，因此，高層建筑物的結構側移一定要嚴格控制，以確保樓房的穩定性。

（四）結構延性

相對于低層建筑而言，高層建筑的結構柔和性較好，在地震侵襲發生較大震動時，會產生較大的變形。建筑物在塑性變形階段中對變形能力的要求相對較高，要想保證結構延性，必須在建筑設計中采取一定的措施。

二、剪力墻結構設計的基本原則

剪力墻結構在建筑中主要承擔豎直方向重力與水平方向荷載，剪力墻結構的設計既要安全合理，又要考慮經濟問題，設計過程中，各種位移限制值都要滿足，結構構件中抗側力構件的作用也要充分考慮到。設計時，剪力墻的數量也要滿足位移限制值相關規范的要求，數量應該盡量少，但又不能影響基本振型的要求。建筑中剪力墻結構所承受的傾覆力矩應不小于總數的一半。

（一）調整樓層最小剪力系數方面的原則

設計中剪力墻結構的布置要盡量減小，大開間的剪力墻結構布置是最好的設計方案，側向剛度結構可以達到較為理想的狀態。樓層間的剪力系數盡量小，但不能超出規范的極限范圍，短肢剪力墻承受的地震傾覆力矩于整體總底部承受的地震傾覆力比要小于或等于1：4，這樣既可以減輕結構自重，同時降低了地震帶來的危害又可以節約用費。

（二）調整樓層間最大位移與層高之比方面的原則

規范規定的最大的樓層間的位移在計算的時候，如果樓層地區地震比較頻繁，所用的標準值產生的樓層計算可以保留在結構的整體彎曲變形，應該計入扭轉變形在以彎曲變形為主的高層建筑中。高層建筑重點考慮的方面就是樓層間的扭轉和剪力變形。結構的剪切變形由豎向構建的數量決定著，在建設施工中，有足夠多數量的構件還是遠遠不夠的，更要考慮構建的布局是否合理，如果不合理，就會產生過大的扭轉變形，樓層間的位移就達不到要求。因此，對于高層建筑而言，不能只是以樓層間的位移來確定豎向構件的剛度，而應該盡量減小扭轉變形。

（三）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太小會導致彎矩出現及剪力過大，超過規范限度，跨高比一般大于或等于2.5。規范規定，在跨高比小于5 的時候，連續梁不能夠拆減。跨高比的正確選擇，可以很好地避免彎矩及剪力過量，可保持在規定范圍內。在結構設計時，如果可以有效合理的用上這些，可以大大降低工程成本。剪力墻結構不只應該符合相關規定，在設計時要考慮多方面的因素，建筑物的平面、立面應盡量均勻，剪力墻結構應盡量遠離房屋中心，以保證房屋整體的抗扭。

三、剪力墻結構設計

高層建筑應有較好的空間工作性能，剪力墻結構應雙向布置，形成空間結構。在抗震結構中，應避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向抗側剛度接近，即兩個方向的自振周期宜相近。另一方面，剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使結構具有適宜的側向剛度。剪力墻的剛度較大，整體性較好，容易達到承受的荷載要求。設計師主要考慮以下幾個方面：

（一）剪力墻界面的厚度要求

剪力墻厚度盡量小的優點主要是保證剪力墻平面的剛度及其穩定性。當剪力墻相較于墻體平面外面時，相交處可以作為剪力墻的支撐，對于平面外的剛度與未穩定性有很好的保證。剪力墻最小厚度確認時，計算依據主要是建筑物層高及無支長度中的較小值。進行抗震設計時，底部加強區根據地震的具體大小情況來設計，地震越大，底部加強區所占層高或者無支長度總面積比較越大，且面積一般不小于160mm。非抗震設計時，底部加強區一般不會大于層高或無支長度的百分之25%。

（二）剪力墻結構中混凝土強度等級要求相對較高，等級最少要為C25，如果剪力墻結構中帶有筒體與短肢，那么其中的混凝土強度最少要為C30。

（三）剪力墻結構在進行抗震設計時，構造邊緣的構件在剪力墻墻肢中是必不可少的。在非抗震設計中，其墻端部位的構件配置及鋼筋配置都要符合相關的規定要求。

（四）剪力墻結構設計中要考慮豎向分布時鋼筋配筋率的最小值，主要作用就是保證混凝土墻體在受到彎力較大時出現裂縫時不至于立刻達到抗彎承載力的極限，還可以防止斜裂縫出現后發生脆性剪拉破壞。

（五）剪力墻結構開洞構造設計。若是剪力墻結構中開洞較小，其影響較小在計算時可不必考慮在內。為了保證剪力墻結構截面的承載力，要在鋼筋切斷集中處將洞口補足，并且鋼筋直徑最小要達到12mm。具體施工要根據實際情況，邊緣構件的設置根據實際情況。

（六）高層建筑剪力墻結構體系受到的豎直方向荷載比較大，豎直荷載包括建筑整體的自身重量及樓面荷載產生的影響，由于荷載的存在，豎直方向會產生軸力，是連續梁內出現彎矩，計算時依據的是其受力面積，若是水平荷載，其計算就要按平面考慮了，剪力墻結構計算工作比較復雜且工作量較大，在建筑施工時，要針對不同的剪力墻結構的受力特點進行計算。剪力墻結構體系是一種抗剪性能較好的結構，設計時要考慮建筑施工的具體情況，設計時應盡量避免豎向剛度突變，確保其剛度。

四、結語：

綜上，剪力墻結構既可以保證結構安全可靠性，又可以使室內空間合理、墻面平整，目前我國設計人員正在朝著剪力墻結構體系設計深度方向努力。但是相對與國外設計技術來說，我們還存在著很多方面的不足之處，還有很多需要改進的地方，上升空間也比較大。因此，我們需要投入更多的精力與時間做好剪力墻結構的設計工作。

參考文獻：

[1]顏興強.淺談建筑結構設計方法[J].沿海企業與科技，2016（5）.

[2]黃曉亮.小高層住宅剪力墻設計的注意事項[J].中國新技術新產品，2016（7）