高層建筑中剪力墻的作用與結構優化

摘要：剪力墻結構因為在高層建筑中施工中具有較大的抗側剛度和豎向承載力而得到廣泛應用。本論文主要探討了在高層建筑中剪力墻的作用，以及從高層建筑剪力墻結構的特點、結構設計、經濟實惠性探討了高層建筑中剪力墻的結構優化。從而達到城市建筑結構的整體優化，實現高層建筑結構設計的合理性、科學性、以及經濟實惠性。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻特點；作用；結構優化

高層建筑的剪力墻具有較大的靈活性并且造價低，尤其適合民用住宅建筑，因此在房地產市場頗受歡迎。所以從剪力墻的概念、分類設計原則以及高層建筑剪力墻的特點，對如何優化高層建筑剪力墻結構提出來思路和意見，目的在于對高層建中剪力墻的作用與結構優化起到一定的參考性作用。

1、概述高層建筑中的剪力墻

1.1高層建筑的發展

隨著我們國家城市化進程不斷推進，城市人口隨之不斷的增加，有限的人均土地資源，使城市的建筑物逐漸的向著高空中發展，從最初的多層逐漸的發展到高層，再由高層發展至今的超高層。1898年超高層建筑起源于美國芝加哥，因超高層建筑具有明顯的社會效益和經濟效益，后在全世界范圍內廣泛的興建。根據我們國家《民用建筑設計通則》GB50352—2005中的規定：當建筑的高度超過100m時，無論是住宅還是公共建筑都屬于超高層建筑。

1.2剪力墻簡介

剪力墻（shear wall）又稱抗風墻或抗震墻、結構墻。房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載{重力}的墻體，防止結構剪切破壞。

剪力墻又分兩種，一是筒體剪力墻，二是平面剪力墻。在高層建筑中的高聳結構或是懸吊結構中都普遍采用筒體剪力墻，高層建筑在施工時將施工樓層上的樓梯間、電梯間以及輔助用房的間隔墻圍成筒體剪力墻。筒體均為現澆的鋼筋混凝土墻體，和平面剪力墻比起來筒體剪力墻的剛度和強度可以承受更大的水平荷載。平面剪力墻在高層建筑的鋼筋混凝土框架結構、升級結構和無梁樓蓋體系中運用的比較多，在使用過程中為了增加結構的剛度、強度和抗倒塌能力，在某些部位還可以現澆或是預制裝配鋼筋混凝土剪力墻。

剪力墻 按結構材料又可以分為鋼板剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻和配筋砌塊剪力墻。其中以鋼筋混凝土剪力墻最為常用，下圖為剪力墻的圖片。

2、高層建筑中剪力墻的作用

剪力墻在高層建筑中的豎向承重構件不僅做主要承重支柱，還能承擔風力或地震作用傳來的水平地震作用，同時還能承擔水平構件傳來的豎向荷載。因此剪力墻又得名抗震墻。剪力墻結構體系有很好的承載能力，又因為比框架結構具有更好的抗側能力，其空間性和整體作用也比較好，所以經常被用來建造高層建筑。在建筑高層建筑時剪力墻對建筑物能起到很好的分隔和維護作用，但是剪力墻的距離受地域限制，建筑平面不靈活，自身也比較笨拙，因此剪力墻在布置時一定要同時滿足建筑平面布置和結構布置的要求。剪力墻在建筑施工期間因為自身原因一般都采用平板，可以不用設置橫梁，節省高層的同時還可以增大利用空間。

3、高層建筑剪力墻的結構優化

高層建筑是社會發展的必然產物，是衡量一個國家經濟水平，建筑科技水平的標準。由于我國地少人多，農村向城市發展，使得住房問題日趨尖銳，為了滿足廣大人民的住房要求，城市居住地建筑不得不往高層建筑發展。高層建筑的經濟性和抗震性是住房質量的最低要求，這就要對高層建筑剪力墻的結構進行優化研究。對于一般的建筑而言，不同的建筑結構墻體布置，其經濟指標差異很大，主要是在建筑的用料如含鋼量和混凝土用料的差距很大。

3.1剪力墻的結構優化

高層建筑結構要做到合理、安全、經濟，最優的剪力墻結構方案是首要選擇要求，然后是合理的構造和計算，所以剪力墻結構體系的優化有非常重要的意義。

3.1.1剪力墻的結構特點

高層建筑剪力墻的特點是平面外剛度和承載力較小，平面內剛度和承重力相對較大。為了保證房屋建筑的質量就要求剪力墻平面外保持穩定性，那么就要控制剪力墻平面外的彎矩。如果剪力墻墻肢和平面外方向的樓面梁連接，那么就要采取有效措施來減少梁端部彎矩對墻的不利影響。

3.1.2剪力墻的結構設計優化

（1）在剪力墻結構設計中，需要通過結構分析，滿足最大的層間位移、周期比、位移比的各項指標確定剪力墻的設計方案。剪力在方向布置上應該沿主軸方向雙向設置形成空間結構；為了增加建筑的抗震性能，剪力墻結構的抗震設計應避免僅單向布置，應使兩個受力方向的抗側剛度接近，使更高效的工作。剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結構具有適宜的側向剛度。

（2）剪力墻墻肢截面宜簡單、規則，剪力墻的豎向剛度應均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，應力分布比較規則，又與當前普遍應用的計算簡圖較為符合，設計結果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置，當剪力墻的洞口布置出現錯洞、疊合錯洞時，墻內配筋應構成框架形式。

3.2剪力墻實際工程例子

工程概況 某高層住宅建筑共18層，標準層高度為2.9m，建筑總高度為52.5m，總建筑面積約為6500m2?？拐鹪O防烈度8度，設計基本地震加速度值0.20g，設計地震分組為第二組，基本風壓0.55kN/m2，場地類別Ⅱ類，抗震等級：剪力墻二級，混凝土強度等級為C30～C25，鋼筋強度等級：梁采用HRB400；板采用HPB235，直徑大于12時用HRB335；墻采用HRB335。

4、結束語

高層建筑施工中剪力墻運用具有較好的抗震性能，結構布置多變活動，并且造價低、經濟性好，所以一般的高層住宅建筑都采用剪力墻結構。經過對這種建筑設計、施工和使用中發現問題然后總結，進一步優化房地產產業結構?？傊畬Ω邔咏ㄖO計施工都要求合理性與經濟性，建筑的抗震性能也至關重要，因此就要求剪力墻充分發揮作用，優化結構，努力實現自己的價值。

參考文獻：

[1]陳耀.高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討[J].福建建材.2011-07-28

[2]胡孔鵬.高層剪力墻結構中剪力墻布置和合理數量的研究[J].合肥工業大學.2012-04-01

[3]王艷軍.高層建筑剪力墻結構優化設計淺析[J].山西建筑.2010年2月（5）

[4]劉月云、楊曄琳.高層民用建筑剪力墻結構設計體會[J].遼寧建材.2009年（07）

[5]孫永琳、孔穎.試論高層建筑工程關鍵施工技術分析與研究[D].黑龍江省七建建筑工程有限公司.2014-04-19

作者簡介：

楊超（1981.4-），男（漢族），山東日照市人，本科，主要研究方向：民用建筑與碼頭工程。