高層民用建筑剪力墻結構設計特點及其優化策略解析

張明光

摘? ? 要：在建筑結構當中，剪力墻的實際受力情況十分復雜，需要根據建筑結構實際情況，按照規范要求，選擇正確的設計方法，建立結構計算分析模型，同時對所有不利因素都要做到充分考慮，以保證剪力墻結構設計的合理性與可行性。

關鍵詞：高層民用建筑;剪力墻;結構設計;特點;優化策略

1? 高層民用建筑剪力墻結構的設計特點

1.1? 剪力墻結構的設計特點

高層民用建筑結構受力具有軸向變形、側移控制、結構延性和水平荷載等幾個主要特征，在進行高層民用建筑剪力墻結構設計時應該保證其具有以下特點：結構自重大、抗側剛度大、側移小、吸收性能較好、能夠減弱地震帶來的沖擊等。一般來說，高層民用建筑的剪力墻結構的高度和厚度都較大，抗剪切力的機械強度在荷載下的能量消耗較小，所以在對二十層以上的高層民用建筑進行設計時可以以全截面抗彎為依據來計算剪力墻截面彎曲破壞的最大極限承載力，可以知道洞口越小，剪力墻的整性能就越好。另外，這種設計下的剪力墻還能對整體的空間結構進行合理劃分，使室內的框架結構變得更加簡潔美觀。但是要注意的是，剪力墻結構是混凝土構件，也就是說它本身是有一定的重量的，這就很容易在地震時引發嚴重的地震反應，并且剪力墻的結構還有一定的抗側剛度使地震時的反應進一步加大，進而在一定程度上使得建造費用增加，所以在實際的建造中應先對剪切力的結構特點有一個清楚的了解，把握好高層民用建筑剪力墻結構設計的特點。

1.2? 剪力墻結構的分類

如在設計當中確定需要開洞，那相關的施工人員就要考慮所開洞的大小，并且根據洞開與否和其實際的大小我們可以將剪力墻分為以下幾種類型：實體墻、整體小開口剪力墻、多肢或多肢剪力墻、壁墻框架。其中實體墻就是開洞面積較小或者不開洞的墻，它的受力特點主要就是沒有突變也沒有反彎點，它是以彎曲型為主。整體小開口剪力墻就是指洞的面積大于百分之十五但是開洞面積仍然較小的墻，這種墻的受力特點就是彎矩圖發生突變，但是整個高度上沒有反彎點或者是只有個別的地方有反彎點。多肢或多肢剪力墻就是指洞面積較大的墻，這種墻的受力特點和前面說的整體小開口剪力墻的特點大致相似。壁式框架相比于前面兩種它的洞口面積還是比較大的，彎矩圖在樓層出發生突變，并且在很多樓層處都出現反彎點。

2? 高層民用建筑剪力墻結構的設計原則

（1）通常來說，在布置剪力墻的時候要盡量使剪力墻沿著高層民用建筑物的主軸線呈雙向布置，并且還要盡量讓雙向墻的抗側向剛度相互接近，這樣可以在一定程度上提高其抗震性能。

（2）在實際的設計當中應該盡量將剪力墻的拉伸并對直，同時還要將剪力墻上的門洞和窗口相互對齊，這樣一來，在保證了整個設計整齊的同時也保證了其美觀性。除此之外，在計算時明確的墻肢和連梁使整個受力更加明確，方便后續的計算。

（3）在豎直方向，應該保持剪力墻貫穿整個建筑物，一旦豎向出現變化時就要沿著高度改變整個剪力墻墻體的厚度和混凝土的等級，進而逐漸減小剛度，防止出現突變使應力集中。

（4）在進行布置時還要避免洞口、墻邊之間相互形成墻肢，小墻肢寬度應該大于墻厚的三倍，加強暗柱設計。

（5）針對一些長度較大的剪力墻應該設置相應的洞口，并且將其分成多個墻段，兩個墻段之間采用弱連梁連接，盡量保持每一個墻段的高度和它本身的截面的高度的比值大于2。當墻的長度較小時其產生的裂縫也就較小，這種情況下的墻體配筋就能發揮其應有的作用，所以一般來說截面高度應該小于八米。

（6）高層民用建筑應該盡量采用多種形式的剪力墻，避免全部采用短肢剪力墻，并且在設計短肢剪力墻時應該設置相應的翼緣。當設計了較多的短肢剪力墻時應該再設置一些一般剪力墻和短肢剪力墻一起形成剪力墻結構體系以抵抗水平力。

（7）在實際的設計過程中應該盡量控制剪力墻平面外彎矩，一般可以通過設置適量的扶壁柱或者是增加墻肢的方式來降低彎矩對剪力墻造成的不利影響，針對一些截面較小的柱梁可以將其設計為鉸接減少外彎矩。

（8）在連梁上盡量不要直接設置主梁，這主要是因為主梁的尾部沒有達到要求，連梁沒有足夠的機械強度去抵抗平面外彎矩，另外這種設置對于連梁也是十分不利的，很容易導致連梁出現裂縫。

3? 高層民用建筑剪力墻結構的設計及優化

3.1? 剪力墻設計要為后續的建筑改造留有余地

在實際的設計當中應該為后續的設計改造留有余地，保證剪力墻主體在能滿足其結構剛性的同時也為門窗的設計的留有空間，切記不能隨意建造，要避免重復挖掘門洞。在設置剪力墻的空洞位置時要提前做好規劃，將墻體分為若干個部位，并且將門窗均勻分布在這些部位當中。

3.2? 合理布置剪力墻平面

針對剪力墻平面的設置應該注意以下幾點：首先，就是要保持剪力墻平面的對稱均勻，讓剪力墻面的重心和整個結構剛度的中心盡最大限度重合，從而降低扭矩，對直并且拉通內外的墻體。其次，在設計抗震剪力墻時要盡量設計兩側都有剪力墻的方案，排除一側有剪力墻的方案。再次，就是在設計剪力墻時要盡量使其沿著中心軸線的方向對稱。最后，就是在設計時要注意剪力墻的抗側力不能使其剛度太高，在實際設計當中可以借助公式T=（0.05-0.06）n，其中T是經驗公式，n是剪力墻結構的層數，通過這個公式可以確定剪力墻剛度的大致范圍，并且保證剛度和剪力墻的層數相匹配，進一步拓展其有效空間和承載力。

3.3? 正確處理剪力墻的墻肢

在設計剪力墻時應該保證它有一定的延展性，尤其在針對一些較高的剪力墻的時候應該盡可能用一些具有較好的延展性并且能夠用彎曲的剪力墻來替代原來的剪力墻，提高其機械強度。針對一些長度較大的剪力墻可以通過開洞的方法將長墻體分割成為單個的并且均勻的墻段，這種小墻段不容易出現裂縫，即使有裂縫也較小，進而可以最大限度發揮剪力墻中鋼筋的支撐作用。由于大墻肢很容易在地震時發生發生破壞，所以在進行設計時對于那些長度大于八米的墻肢可以采用開洞的方法減少地震帶來的影響。

3.4? 合理處理邊緣構件

剪力墻的邊緣構件有兩種分別是構造型邊緣構件和約束型邊緣構件，在設計時應該根據剪力墻的具體結構進行選擇。針對那些下部位于加強位置上的和不具有抗震性能的高層民用建筑的剪力墻應該選擇構造型邊緣構件，針對那些加強位置和臨部上層以及高層民用建筑和重荷載下墻體的軸壓比平均值等于或大于下表所規定的數值時，一般選用約束型邊緣構件。

3.5? 合理設計過渡層

由于在地震時會給民用建筑底層框架剪力墻帶來較大的受力，并且在荷載的作用下，過過渡層的剪力墻墻體的承載力會在一定程度上降低，所以在實際的設計過程中要對其過渡層進行合理的設計。如果對剪力墻的墻體進行計算，當荷載較小的時候計算的結果可能會變高進而降低了其抗震性能。所以，在進行設計時要設置相應的構造柱間，使后續的強過渡層能夠提高其傳遞地震剪切力的性能，進而提升過渡層的延展性能和消耗能量的能力。

4? 結束語

綜上所述，在設計時一定要根據建筑的實際情況選擇合適的剪力墻設計方案，設計合理的門洞、過渡層、剪力墻平面，并且選擇合適的邊緣構建，嚴格遵循相應的剪力墻設計原則，進而保障建筑結構能夠承受相應的荷載和水平壓力，充分發揮其建筑結構的堅固性，為居民提供安全的住房環境。

參考文獻：

[1] 王益群.高層民用建筑剪力墻結構設計探究[J].城市建設理論研究（電子版），2015（9）：88～89.

[2] 馬紅艷.高層民用建筑剪力墻結構設計[J].科學時代，2015（5）：65～66.