高層建筑結構設計中剪力墻的應用

劉波

摘? ? 要：高層建筑對于抗震有很高的要求，需要豎向構件自身能夠承受較大的軸向壓力水平荷載，剪力墻能夠滿足高層建筑對承載力和剛度需求。通過合理的剪力墻布置，不僅能夠滿足建筑結構的承載力要求，同時也能使高層建筑內部空間達到最大化的利用、以及建造成本的經濟最大化。本文將從高層建筑結構設計中剪力墻的實際應用進行討論分析，并提出建設性的建議。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;剪力墻

1? 剪力墻的種類

結合剪力墻的現實應用情況以及剪力墻的自身開洞狀況進行分類，可以分成四類，整體剪力墻，小開口整體剪力墻，聯肢剪力墻，壁式框架剪力墻。

整體剪力墻是指那種剪力墻沒有洞口，或者是在剪力墻的洞口小于墻體整體面積的15%這主要是要結合墻體的實際情況判斷整個洞口同墻邊之間的距離進行判斷。在整體的剪力墻的作用之下，洞口并不會對墻體的整體性能產生很大的影響。利用平截面假定計算整個截面向應力的作用力，會使剪力墻出現彎曲變形的情況，可以將這樣剪力墻稱為整體剪力墻。

如果整個剪力墻的開洞面積大于整個墻體面積的15%可以將這樣的剪力墻稱為小開口整體剪力墻，如果墻體的出現局部彎曲，這樣屬于彎曲性的變形情況。

對于多組的連梁連接形成的特殊剪力墻可以稱為聯肢剪力墻。這樣的剪力墻有更大的開洞面積，剪力墻的整體完整性會受到一定程度的影響。

普通連梁的剛度是低于聯肢墻剛度的，各個強肢之間的單獨作用有很明顯的意義。根據聯肢剪力墻的實際應用特點，聯肢剪力墻在整個高層住宅建筑之中有極其重要的作用。

對于整體的開洞面積較大墻肢長度比較短小的壁式框架剪力墻。這樣的結構設計之中墻肢的剛度以及連梁的剛度比較接近，受力的性能同框架結構能夠保持一致，把整體的變形稱為剪切型。

2 剪力墻在高層建筑設計結構中的應用

要根據平面規則對稱以及傳力明確的原則進行設計，剪力墻的平面布置對剪力墻墻肢進行布置設計，保證整個質量中心同剛度中心在位置上可以實現統一。結合實際情況來適當的解決樓層之間位移的情形，實際布置剪力墻設計的時候，要沿著主軸方面進行雙向剪力墻布置。要對這兩者剛度具體分析，要確認兩者之間的剛度差異不會不符合設計標準。設計建筑的抗震期間，要確實根據實際情況進行細化設計杜絕出現單向墻的設計形式，能夠完完全全在實際的高層建筑中形成雙向抗側力體系，讓剪力墻能夠起到切實的結構性能。布置剪力墻的時候，需要在最大程度上確保各個剪力墻之間能夠形成確實的對照形式。剪力墻對齊的時候，要形成明確的抗水平體系，能夠確實發揮各個墻肢的實際作用，確保結構的傳力合理性以及結構設計經濟效益。

2.1? 剪力墻墻肢的豎向布置

剪力墻豎向布置方向過程，要合理遵循上下對其的原則進行設計，防止出現剪力墻的上下對照不齊的現象出現。這樣會造成整個樓層的剛度同承載力不符合實際標準和需求。尤其是對于剪力墻樓層開洞處理的時候，依據設計方案確定整個洞口位置，務必要保證上下洞口的位置能夠對齊。在對剪力墻進行開洞的時候要保證規則性，要能夠保證傳力的明確性。對于整個剪力墻的復雜布置來說，必須要根據實際情況的應力分析，采取必要的加強受力措施加大整體剪力墻的承重效益，進而保證整體結構設計的穩定性。

2.2? 墻肢長度與厚度設計

為了保證剪力墻的穩定性以及荷載能力，要保證剪力墻的長度以及厚度的設計要符合承重要求。從剪力墻的結構承載力和經濟效益的角度出發對整個剪力墻的墻肢長度以及厚度進行設計， 剪力墻長度的設計需要要根據建筑功能以及實際需求來進行規劃設計，整體的剪力墻長度不宜過長，對于過長的剪力墻極易造成剪切的破壞。對于單片的剪力墻設計，如果墻體的長度過長，會造成整體的剛度過大，導致吸收水平作用力的效果也會相應的增加。通常情況下，剪力墻的墻肢長度要保持在8M之下，其次要保持各個墻肢的長度維持在3m以上的水平。在這樣的參數之下，一旦出現水平應力傳輸的情況，剪力墻會形成很好的彎曲破壞，可以有效的防止墻體彎曲開裂會出現很大的裂縫的情況。這樣會影響整個墻體的牢靠程度，但是于此同時不能整個剪力墻的長度也不宜過短。要對整體的剪力墻進行計算，合理的計算截面的受壓以及荷載能力，合理的規劃剪力墻的長度，使剪力墻能夠有效的發揮自己的效力。

3? 剪力墻在高層建筑設計中存在的不足

因為剪力墻結構設計中的砼墻體數量較多，這樣會增加整體建筑多余的重量，一旦發生地震會造成多余的破壞，加大對樓體的破壞。因為剪力墻的結構抗側剛度比較大，會造成比較大的地震反映，無形之中會造成上部結構同基礎的多余壓力。剪力墻結構中的墻體結構是構造配筋，結構的延展性能差。剪力墻結構中各個墻肢軸壓比較低，這樣就會使各個墻肢之間的承載能力無法充分發揮自己的作用。剪力墻的結構設計要遵循相應的原則，利用各個抗側力構件的作用，確保整體建筑的安全穩固且要避免不必要的浪費。各項技術的規范就限制了對于剪力墻的整體結構設計，其中包括具體的位移角，位移比，周期比，剛度比，樓層受剪承載力比等參數。這些具體的構件設計要求也限制了其他的設計指標諸如軸壓比，配筋率，配箍率等。

規范的設計參數僅僅能滿足設計需要中的安全性問題，為了節約成本還要進行減少剪力墻的數量。在能滿足基本的抗震能力的同時，其他的抗側力構件會幫助剪力墻分擔承受地震傾覆力的50%。規范規定框架部分在承受地震的剪力最少要占底部總剪力的20%，各層框架承擔地震總剪力的最大值要為1.5倍。當無法滿足規定的數值要求是，相應的要對框架的地震剪力進行適當的調整。目的是為了能夠在遇到地震時剪力墻能在框架破壞后，因為塑性內力重新分布引起的框架分配地震剪力增大，這樣就會使得框架部分成為有效的抗震第二道防線。

樓層之間最大位移同層高位移之間的調整原則規范要根據當地的地震作用標準值所產生的樓層之間最大彈性樓層位移計算，除去彎曲變形的高層建筑物之外不能扣除結構整體的彎曲變形的部分。在計入扭轉變形之后，樓層之間最小的剪力系數也就是剪重比在進行調整的時候，需要滿足短肢剪力墻所承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過40的條件。盡可能的減少布置剪力墻的數量，保證整體的結構構造更加具有適宜的側向剛度條件，使得整體的樓層最小剪力系數能夠接近規范的限值。剪力墻的連梁超限調整原則同整個剪力墻的連梁跨高比例不應該小于2.5，跨高比例小于2.5的連梁很容易會出現剪力和彎矩超出規范限值的情況，當縱筋的最大配筋率下降的時候就不利于整體的工程設計了。

4? 剪力墻結構設計的合理優化

為了保證剪力墻結構設計的整體性，以及剛度同抗測力的完美結合，相應的減少建筑成本。可以適當的規范整個剪力墻的厚度以及整體的墻體長度結合整體的實際情況，保證整個剪力墻的承載力，避免造成浪費。合理的安排剪力墻的數量，避免因為過多的剪力墻造成整體的資源浪費以及建筑內部空間分布不合理。

5? 結語

剪力墻自身良好的剛度以及抗震能力讓他在高層建筑的結構設計之中起到了巨大的作用，合理的安排剪力墻的數量以及剪力墻的厚度可以在保證質量的同時有效的降低成本。能夠確實發揮各個墻肢的實際作用，確保結構的傳力合理性以及結構設計經濟效益。同時還可以有效保證整個環境的美感，去除多余的墻壁，保證建筑內部空間結構的分部合理。

參考文獻：

[1] 王香娟.試析剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用[J].門窗，2019（21）：137+139.

[2] 潘楊.剪力墻結構在高層建筑結構設計中的應用分析[J].門窗，2019（21）：158.

[3] 管夏.基于性能化設計方法的某超限高層建筑結構設計[D].湘潭大學，2019.