高層建筑結構設計特點與剪力墻設計

林燕

摘 要：高層建筑是城市化發展的重要標志，高層建筑樓層多、高度大，所以對建筑結構的設計也提出了更高的要求。本文介紹了高層建筑結構的設計特點，對剪力墻設計，及不同結構類型的剪力墻設計方法進行了探討，以供參考。

關鍵詞：建筑結構；設計特點；剪力墻設計

引言

近年來，在剪力墻結構優化方面，許多專家投入了大量的研究，并取得了一些成效，尤其是在結構構件方面。然而，到目前為止仍然沒有一個成熟的數學模型。因此，相應的施工單位要對剪力墻結構設計現今所存在的問題進行分析的基礎上，通過合理的優化措施來實現結構設計的優化，進而促進建筑工程的后續發展。

一、剪力墻結構概念

剪力墻又被稱為抗風墻、抗震墻或者結構墻，是一種剪力墻體，它實際厚度較小，但建設規模較大，主要采用鋼筋混凝土墻來代替傳統框架中的梁柱，承載外界的各種壓力，自身所具備的承受能力較高，與柱子的受力程度不相上下，并能夠控制結構的水平力。剪力墻結構是建筑物主要的支撐結構，不能被拆除或無法被輕易破壞，承受的壓力主要是外界風力或地震等自然災害引起的水平荷載，抵抗來自外界的破壞，在一定程度上提升建筑的穩定性和安全性。根據墻體開洞的情況，通常將剪力墻分為雙肢或多肢型剪力墻、壁式框架剪力墻等類型。

二、高層民用建筑剪力墻結構的設計特點

2.1 剪力墻結構的設計特點

為了剖析高層民用建筑剪力墻結構穩定性設計的特點，有必要認識民用建筑的結構與剪力墻的混凝土結構。通常來說，高層民用建筑縱向和橫向承載力與結構的設計有關，剪力墻結構形狀增加了結構的穩定性，結構設計時應考慮到墻體結構抗震性能和自然擺動性能，以防止變形，因此剪力墻結構設計具有良好的穩定性。

2.2 剪力墻結構的分類和結構設計要求

根據墻肢是否開設洞口， 可將剪力墻分為以下幾種：整截面剪力墻、壁式框架、整體小開口剪力墻、雙肢或多肢剪力墻。整截面剪力墻為開洞較小或無開洞的墻，整個剪力墻類似豎向的懸臂桿；當剪力墻開洞面積很大，連系梁和墻肢的剛度均較小，這類剪力墻稱為壁式框架。當剪力墻開洞介于以上兩者之間時，根據連系梁剛度的大小，可分為整體小開口剪力墻和雙肢或多肢剪力墻。整體小開口剪力墻指的是孔面積超過15% 但開口面積較小的墻。這堵墻的受力特征是彎矩圖上的變化，但是在整個高度上沒有回彈點或者只有一個點。雙肢或多肢剪力墻是指具有大孔區的墻，該墻的力學特性類似于上述帶有小開口的整體剪力墻。應做好連肢墻的結構設計，并特別注意墻肢軸壓比的計算。掌握剪力墻結構設計的具體要求，優化結構設計細節，是高層民用建筑剪力墻結構設計的重要內容。

三、高層建筑剪力墻結構設計策略

3.1 確定剪力墻墻肢的長度

剪力墻的截面高度就是剪力墻墻肢的長度，墻肢的長度直接關系到墻體結構的穩定以及外觀是否協調。一般來說，剪力墻的墻肢長度在8m以內，在實際施工的過程中為了確保墻體結構的延展性，減少外力情況下對于墻體的損壞，可以將剪力墻的高度與寬度比例相差較大的地方進行彎曲設計。部分的建筑墻體在實際的施工過程當中由于墻體的長度跨度比較大，為了確保墻體高度與寬度比值在合理的范圍之內，可以采用墻體連續開洞的方式，將墻體間隔長度較小、均勻的、連續的剪力墻肢墻。墻體跨度較大的墻，在進行連續開洞時需要結合彎矩約束較小的連梁，通過這種建筑設計的應用可以有效的保證墻體結構的穩定。

3.2 規定剪力墻的具體厚度

國家在建筑設計中明確規定在進行剪力墻設計，剪力墻的界面尺寸必須符合建筑的抗震等級需求。剪力墻在進行抗震等級設計時，需要增強墻體底部的厚度，確保墻厚度滿足最低200mm 的標準，對于墻體的其他部位也要滿足最低標準160mm 的要求，而獨立的剪力墻在工程實施的過程中底部厚度要滿足最低標準180mm。

3.3 平面布置

根據剪力墻設計的原則及要點，在對剪力墻的平面布置時，要符合均勻對稱的要求，確保兩大中心即剛度中心和質量中心能夠重合，增強結構的穩定性。內在剪力墻和外在剪力墻要盡量拉直或者延伸，這樣可以避免一些不平衡力的出現。除此之外，在進行抗震結構設計時，最好對剪力墻進行雙向或者多向設置，以便于更大程度上發揮剪力墻的功能作用。同時，還要重視剪力墻結構抗側力剛度的設計。結合實際，根據相關的計算公式精確地算出抗側力剛度數值，避免抗側力剛度過大導致墻體的自身重力上升以及產生過大的震力，不僅增加建設的成本投入，還影響建筑的穩定性和可靠性。

3.4 連梁設計

剪力墻連接梁作為連接墻肢結構的重要構件，如果被過度加固、壓縮變形，對整個施工項目的整體質量控制效果影響很大。在剪力墻結構設計過程中，應適當調整剪力墻連接梁的高度，并根據工程實際情況，科學地設計整體高度，以避免因尺寸增大而導致連接梁變形。嚴格控制剪力墻結構塑性標準，適當調整抗震設計。通過對載荷的科學分析，在可控范圍內，結合不同的應力條件，進行相應的計算，從而選擇更科學的實施對策。

3.5 配筋設計

配筋設計需以剪力墻的厚度為依據，當墻體厚度大于0.7m 時，應采用四排鋼筋，并設置主筋。在應力下應均勻排列成一行。當墻體厚度小于40cm時，應采用雙排鋼筋；當墻體厚度為40～70cm 時，應采用三排鋼筋。在第一、二、三、四級抗震設計和非抗震設計中，剪力墻豎向配筋與水平配筋的配筋率應不小于0.25%，配筋直徑應不小于8mm，間距應不大于30cm。對某些框支剪力墻結構，配筋率應不小于0.3%，配筋直徑應不小于8mm，間距應不大于20cm，非抗震設計應不小于0.25%。

3.6 邊緣構件設計

剪力墻的邊緣構件可分為兩類：邊緣構件的構造和邊緣構件的約束。這兩部件的設計方法不同。合理設計邊部結構可以使剪力墻結構更加合理。受限邊緣構件主要為暗柱、端柱和翼壁。這些邊緣構件在磚混結構中起約束作用。當結構剛度較小時，在地震作用下，層與不動點之間的位移較大。此時，邊緣構件也會起到相當大的約束作用。因此，應適當增加暗柱和端柱等邊緣構件的截面尺寸來加固。受限邊緣構件沿墻肢方向的長度和箍筋的特征值應符合《高層建筑混凝土結構技術規程》和《建筑抗震設計規范》的要求。

四、結束語

綜上所述，本文針對高層建筑剪力墻結構設計問題進行了相應的分析與探討，并總結出了相應的優化措施，相應的設計人員要做好結構整體與局部的協調工作，通過對剪力墻結構設計方案的制定、平面形態的優化以及合理的平面設置來提高整個剪力墻結構的使用效能，進而提高高層建筑結構設計質量，確保建筑結構的穩定性和安全性，推動建筑企業的穩定發展。

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