高層建筑中剪力墻結構設計要點分析

王萬勝

太原理工大學建筑設計研究院有限公司（030000）

0 前言

在高層建筑結構當中，剪力墻是必不可少的部分，其重要性是毋庸置疑的，能夠承受豎向與水平作用力，不但擁有很強的抗震能力，用鋼量不多，而且抗側剛度也很大。一般來說，剪力墻布置越多，抗震性能越強。然而，一旦出現剪力墻過多的情況，則提高了施工成本。為此，設計人員需要緊密結合具體的工程狀況，依據相關設計規定，體現出設計工作的科學性、可行性，分析其中呈現出來的相關問題，然后加以科學處理，有助于提升剪力墻結構的穩定性，滿足建筑結構設計的安全性要求。

1 剪力墻定義的闡釋

通常情況下，運用剪力墻結構替代相應的框架結構，一方面，可以使建筑荷載得以增強；另一方面，也有助于實現對結構水平力混凝土、鋼筋現澆結構的科學管控。剪力墻結構涵蓋了連梁、墻肢結構等部分，剛度大，擁有良好的承載力，工程施工時用鋼量不多，使得剪力墻結構得以大范圍推廣與應用。所以，加大對剪力墻的應用力度，能夠實現承重墻和分隔墻之間的緊密結合，能夠達到使施工成本下降的目的[1]。

2 剪力墻優劣勢分析

2.1 優勢

一般來說，在設計建筑結構的過程當中，合理運用剪力墻結構，一方面，可以減少建筑工程項目的用鋼量；另一方面，縮減了施工成本。剪力墻擁有良好的性能，可以承受不同種類的荷載，尤其對水平荷載來說效果顯著。合理應用剪力墻結構能夠讓分隔墻和承重墻密切結合，提高了建筑結構的安全性，使建筑物變得更加美觀。

2.2 劣勢

雖然剪力墻結構存在很多的優勢，不過，具體運用的過程當中，依然呈現出一些劣勢。將剪力墻運用到框架結構當中，將會增加建筑物的重量，令施工成本提升，抗震性能下降。剪力墻結構盡管降低了鋼筋的利用率，不過卻帶給結構延性很大的影響。剪力墻墻肢的承載力也受到限制，無法體現出良好的功效，需要從上到下對建筑物結構進行加固處理，經濟成本則隨之提高[2]。

3 剪力墻結構設計相關規定

3.1 對樓層剪力系數的合理改動

通常情況下，對建筑剪力墻結構設計時，設計者要嚴格控制有關構件的布置情況，通過合理運用大開間剪力結構的方式，達到實際的需求。與此同時，還需要使樓層間的剪力系數最小，避免超過相關設計標準，在建筑物與剪力墻的地震力比方面，應該小于4∶1，才能夠保證結構自重，減小地震造成的危害，完成控制成本的任務。

3.2 對樓層間的位移、層高科學改動

對建筑樓層間位移進行計算的過程當中，假如建筑物位于地震帶，則需要對樓層標準數值進行準確計算，以便達到有效保留結構彎曲變形的目的。工程施工管理時，應該參考樓層間出現的扭轉、剪力變形等因素。為此，從高層建筑的角度來說，不應該僅針對樓層間位移加以計算，進而明確豎向構件剛度，應該使扭轉變形的產生率下降[3]。

3.3 合理優化剪力墻結構

通常而言，如果剪力墻結構連續跨高比太小，將會造成剪力、彎矩太大，超過規范限度。根據相關規定要求，相應的跨度要超出標準跨度。正確選擇跨度比，能夠避免彎矩及剪力過量，保持在規定的范圍內。設計剪力墻結構時，應該參考建筑物的具體狀況，參考各個方面的影響因素，以便降低施工的成本。

4 高層建筑中剪力墻結構的設計要點說明

4.1 注重對剪力墻結構的科學布置

在開展剪力墻結構設計時，設計人員應該借助鋼筋混凝土達到增強剪力墻承載力的效果，尤其應增強剪力墻水平荷載力。所以，應該確保剪力墻結構布置的科學性，參考建筑物的曲線方面因素，科學完成剪力墻的布置任務。

合理選取短肢剪力墻。由于剪力墻結構的抗震性能很差，實際運用的過程中，難以確保建筑物的穩定性與安全性，為此，應該參考不同方面的影響因素，體現出布置工作的靈活性優勢，并且降低建筑結構自身的重量。

布置剪力墻結構時間，需要規避產生獨立小墻肢的情況。設計剪力墻結構時，一旦出現獨立的小墻肢，必然提高施工的困難程度。因而，應該做好洞口的合并處理，規避運用獨立的墻肢，以便減小整體的施工難度。

在布置剪力墻結構的過程當中，應該注重體現出較大的剛度[4]。剪力墻的剛度和抗震性能、施工工期密切相關，設計時間應該科學布置相應的剪力墻結構，從而提高剪力墻的剛度。一方面，避免耽誤正常的施工工期；另一方面，也提高了建筑物的抗震性能。在管控剪力墻剛度過程中，應該根據位移限制規定，進一步提升建筑墻肢和連梁超筋間的抗剪能力，便于截面設計的順利進行。

4.2 做好結構受力點分析工作

結合剪力墻結構的特征，設計人員應該注重對剪力墻結構延性的科學設計，制定出合理的對策，提高結構的抗倒塌能力。設計高層建筑軸向結構時，需要深入了解建筑結構承受荷載的狀況。一般對于高層建筑而言，受到豎向、水平荷載的影響是非常大的，合理利用剪力墻可以抵抗橫向、豎向荷載，有效避免出現側移距離不符合相關規定的情況[5]。

4.3 剪力墻連梁的科學設計

通常情況下，在建筑剪力墻結構過程中，連梁是必不可少的構成部分，其重要性是毋庸置疑的。因為剪力墻結構的強度、剛度能夠形成相應的內力作用，所以設計時應該科學計算其內力。一般運用剛度折減的方法完成計算的任務，科學管控折減值。假如建筑物被地震、風力等相關因素干擾，連梁一定形成很大的內力，難以體現出其良好的性能。基于使連梁內力下降的目的，可以運用加寬剪力墻洞口的方法，能夠消減不同的應力，從而減小帶給連梁的危害，確保建筑物的安全性。

4.4 明確剪力墻厚度相關設計要求

進行剪力墻厚度設計時，應該和高層建筑的穩定性實現統一。設計人員應該了解具體的厚度規定，做好設計工作。當墻厚＞300 mm時，應該將鋼筋布設到端部的中間位置，然后沿墻肢的方向布設箍筋，提高剪力墻的穩定性與剛度。在墻厚設計過程中，需要參考結構層高的最小值，科學選取剪力墻的厚度，確定剪力墻結構支撐點。達到高層建筑結構抗震規定的目的，需要結合建筑的層數、相關材料，完成對底層結構的設計。如果建筑物位于地震頻率很大的位置，需要加大底部剪力墻結構的厚度，確保建筑物的抗震性能[6]。由此可見，明確剪力墻厚度的設計要求十分關鍵，具有很大的研究意義與實施價值。

4.5 確保剪力墻結構參數管控的科學性

高層建筑結構的承重與普通建筑有著很大的差別。設計剪力墻結構的過程當中，設計人員應該注重對相關參數的科學管控，從而使其達到相關規定。科學設計有關結構參數，尤其應該確保位移比例、側向剛度比例、周期比例設計的科學性，讓數據滿足相關要求，使高層建筑避免產生扭轉、偏心力等問題。所以，對結構參數設計時，應該注重對剪力墻的不規劃性加以限值，讓相關數據處于標準區間當中。

4.6 做好墻身設計的改進工作

剪力墻結構設計時，應該做好墻身設計的改進工作，以便達到提高建筑結構抗震性能的目的。墻身設計是剪力墻結構設計過程當中必不可少的構成內容。墻身設計時，設計人員應該將結構當中的橫向鋼筋、豎向鋼筋匹配，同時促使斜截面、正截面的抗剪承載力和抗彎承載力緊密結合在一起，達到驗算的目的。設計人員應該根據相關規定，科學配置剪力墻鋼筋，通過對暗柱、端柱的有效布置，能夠完成一、二、三級抗震結構的設計任務，以便提高建筑結構的穩固性與安全性。除此之外，墻身設計時，應該科學布置不同鋼筋間的距離，確保墻身設計工作的質量與效果。

4.7 強化對轉換層結構的設計

從目前發展情況看，高層建筑呈現出結構功能多樣性的趨勢。從功能形式方面看，高層建筑是十分復雜的。很多高層建筑的設計均需要在各個部位設計出不一樣的功能，所以，設計人員應該編制出科學、可行的設計策略，合理布置相關置換構件，完成建筑結構間的銜接和對轉換層的設計。在轉換層結構設計的過程中，應該使其質剛度等滿足相關規定，經過準確計算之后，發現轉換層存在的薄弱位置，并且結合內力分配的特點，不斷改進內力設計，進而達到增強轉換層性能的目的，凸顯出轉換層良好的功效。為此，強化對轉換層結構設計非常必要。

5 結語

開展高層建筑剪力墻結構設計時，一般會面對十分復雜的情況。由于高層建筑工程項目的數量與日俱增，越來越多的技術人員研究剪力墻結構技術。為此，設計人員應該明確具體的設計重點，進一步提升結構的安全性。從設計人員的角度而言，首先應該系統了解剪力墻結構的類別與特征，編制出科學的設計策略。基于未來的視角下，高層建筑剪力墻結構設計方面的研究數量還會繼續增多，相關技術也會更加完善。