高層建筑結構設計特點與剪力墻設計

何杰 劉俊

摘 要：在當前各類高層建筑工程中應用較為廣泛，科學合理地設計剪力墻結構對于建筑物整體的設計效果而言是基本理念也是最核心要點。文章通過對鋼筋混凝土剪力墻結構的設計原則分析，對結構的設計方法提出相對優化的建議，以期對高層建筑物運用鋼筋混凝土剪力墻結構的設計起到一定的參考作用。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;剪力墻設計

引言

鋼筋混凝土剪力墻結構已經成為當前高層住宅建筑工程的主流結構形式，因其經濟適用的特性而成為我國各地高層建筑工程中使用程度最高的結構形式之一。

一、剪力墻結構的受力特點

作為建筑結構設計時，經常應用的一種空間結構，剪力墻一般主要包括橫向剪力墻、縱向剪力墻等。橫向剪力墻和縱向剪力墻的平面內剛度非常強，有著非常好的抗風能力和抗震能力，在進行剪力墻設計時，設計人員要保障剪力墻的承載能力及各項指標符合現行規范要求。另外，剪力墻結構主要應用于高層建筑中，結構相對來講較為緊湊。

二、高層住宅鋼筋混凝土剪力墻優化設計的原則

設計人員在進行鋼筋混凝土剪力墻結構設計時，要保障剪力墻的重量占據整個墻體重量的大部分，剪力墻的用鋼量要超過剪力墻周邊構件的一半以上。設計人員在進行剪力墻設計時，要明確剪力墻結構的質量與建筑的安全性有著非常直接的關系。因此，設計人員在進行建筑結構設計時，要減少剪力墻使用的數量，在進行剪力墻設計時，避免建筑剪力墻出現單面墻的現象，以保障建筑剪力墻結構的質量和使用性能。

設計人員在進行剪力墻結構設計時，如果剪力墻的厚度和墻肢的長度之間的比值小于4，那么設計人員就可以按照柱體的結構進行設計，大于4，并且小于5，在進行受力結構設計時，就可以按照雙向受壓構件進行設計，以保障剪力墻的可靠性。除此之外，設計人員在進行剪力墻設計時，還要明確剪力墻在平面外時，其的剛度和承載力相對來講較小，在同一平面內的時候，剛度和承載力相對來講較大，因此，設計人員要盡量避免剪力墻在同一平面內，無法避免必須在平面外時，設計人員要保障平面外剪力墻的安全性和穩定性。

三、高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構設計要點

在高層建筑中使用剪力墻結構，主要是針對以下幾點進行分析：

（一）布置剪力墻結構

在進行剪力墻設計時，設計人員要保證剪力墻結構的合理性，并且在進行剪力墻結構設計時，還要考慮到建筑結構設計的實際情況，提升剪力墻的完整性，設計人員可以采用對稱的方式布置剪力墻，避免剪力墻出現扭轉效應。在建筑剪力墻結構設計時，可以采用短肢剪力墻結構，這一結構的優勢非常明顯，既能有效減輕建筑結構的整體質量，還能提高剪力墻結構的靈活性，雖然短肢結構的優勢非常明顯，但是抗震性能卻并不是非常好，無法保障建筑結構的安全性。因此，設計人員在選擇短肢結構時，要根據建筑工程施工的實際情況進行選擇，保障建筑結構的質量能夠符合設計要求。在進行剪力墻結構設計時，設計人員可以通過合并洞口的方式進行設計，并且還要提升剪力墻擺放的合理性，消除墻體的獨立墻肢，降低建筑剪力墻施工的難度。相較于其他形式墻體而言，剪力墻的剛度非常大，并且在進行施工時，需要消耗大量的施工材料，墻肢和連梁截面等經常會出現無法滿足地震效應要求的情況，這一情況增加了剪力墻設計的難度。因此，在進行剪力墻設計時，設計人員要對墻體的剛度進行嚴格的控制，保證墻體剛度數據符合規定限制標準。

（二）控制結構參數

在進行建筑墻體設計時，設計人員要加大對層間位移、位移比等設計的重視，保證相關參數符合規定的剪力墻結構布置標準。在進行剪力墻結構布置時，要避免剪力墻出現主軸扭轉和偏心力的情況。另外，在進行位移比計算時，要充分考慮到剪力墻結構的偏心力，保障建筑豎向構件的位移不會超過1.2。在進行剪力墻布置時，既要保障其符合建筑經濟性的要求，又要保障其符合安全性的要求。

（三）關于剪力墻結構的計算和配筋

（1）關于剪力墻的墻身

在進行剪力墻結構墻身設計時，設計人員要對剪力墻進行精確的計算，明確剪力墻施工時，需要使用的鋼筋數量，并且在進行設計時，還要對斜截面和抗彎承載力進行計算，保障剪力墻結構性能能滿足結構延性的要求。另外，在進行剪力墻結構設計時，采用的鋼筋布置形式一般為豎向鋼筋和水平向鋼筋。

在剪力墻結構設計時，設計人員要根據建筑工程施工要求的抗震烈度選擇剪力墻的厚度。要想充分發揮出剪力墻的抗震性、剛性等，一、二級抗震等級的剪力墻厚度，不應小于160mm，且不應小于層高的1/20;底部加強部位的墻厚，不宜小于200mm，且不宜小于層高的1/16。

（2）連梁的計算

設計人員在進行剪力墻連梁設計時，要對連梁的剛度進行計算，以保障建筑結構的承載力能達到規定的限額。一般連梁剛度的折減值都在0.6左右，設計人員可以采用減少剪力墻整體剛度，降低連梁剛度的方式避免建筑施工時，出現剪力墻承載力和結構延性不足的問題。

四、高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結構優化策略

（一）“強化周邊，削弱中間”的設計策略

在進行建筑剪力墻結構設計時，設計人員可以根據建筑墻體的位置設置剪力墻，并且在進行剪力墻設置時，還要充分考慮到建筑窗戶的具體設計位置，一般設計人員都會將剪力墻設置成為高連梁的形式，這一形式的剪力墻剛度非常強。另外，在進行高層建筑設計時，設計人員要盡量減少剪力墻的數量，根據高層建筑施工的實際情況，控制剪力墻的位移比，提高建筑延伸性。

（二）“多均勻長墻、少短墻”的設計策略

在剪力墻的設計中，應該多考慮把剪力墻設計在整體提高住宅的結構承載能力及豎向荷載抗震能力上。這樣剪力墻的設計就應該注意以下幾個方面的問題：①拉大剪力墻之間的間隔，避免小空間下多道剪力墻;②增加剪力墻墻肢長度，降低剪力墻數量，注意的是，剪力墻若獨立存在時，其長度最好不要超過8m。

（三）墻肢更多選擇L、T、十字形，少形狀轉折

對于高層建筑鋼筋混凝土剪力墻設計時，應該充分的考慮剪力墻的連續曲折性和對建筑周圍構成的邊緣構件的不利影響，在過多的轉折處會增加暗柱的數量。因此，設計人員要盡量選擇L形、T形、十字形等形狀。

五、結束語

鋼筋混凝土的剪力墻結構是高層建筑結構的重要形式。在不同環境下科學合理、有效和切實地設計高層混凝土剪力墻結構是整個建筑行業著重研究的重點。對鋼筋混凝土結構設計的不斷優化，一方面可確保設計方案的可行性與實際操作性偏差值小，另一方面材料的集約利用而有效實現資源的節約、生態環境的保護，促進自然健康生活。

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