高層建筑中剪力墻的作用與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)因為在高層建筑中施工中具有較大的抗側(cè)剛度和豎向承載力而得到廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)的特點、結(jié)構(gòu)設(shè)計、經(jīng)濟實惠性探討了高層建筑中剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。從而達到城市建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化，實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、科學(xué)性、以及經(jīng)濟實惠性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻特點；作用；結(jié)構(gòu)優(yōu)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(chǎn)市場頗受歡迎。所以從剪力墻的概念、分類設(shè)計原則以及高層建筑剪力墻的特點，對如何優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)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(fā)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(fā)展，從最初的多層逐漸的發(fā)展到高層，再由高層發(fā)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(jīng)濟效益，后在全世界范圍內(nèi)廣泛的興建。根據(jù)我們國家《民用建筑設(shè)計通則》GB50352—2005中的規(guī)定：當(dāng)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(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)或是懸吊結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)構(gòu)、升級結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的剛度、強度和抗倒塌能力，在某些部位還可以現(xiàn)澆或是預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻。

剪力墻 按結(jié)構(gòu)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(gòu)件不僅做主要承重支柱，還能承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平地震作用，同時還能承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載。因此剪力墻又得名抗震墻。剪力墻結(jié)構(gòu)體系有很好的承載能力，又因為比框架結(jié)構(gòu)具有更好的抗側(cè)能力，其空間性和整體作用也比較好，所以經(jīng)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(jié)構(gòu)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(shè)置橫梁，節(jié)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(jié)構(gòu)優(yōu)化

高層建筑是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，是衡量一個國家經(jīng)濟水平，建筑科技水平的標(biāo)準(zhǔn)。由于我國地少人多，農(nóng)村向城市發(fā)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(fā)展。高層建筑的經(jīng)濟性和抗震性是住房質(zhì)量的最低要求，這就要對高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化研究。對于一般的建筑而言，不同的建筑結(jié)構(gòu)墻體布置，其經(jīng)濟指標(biāo)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(jié)構(gòu)優(yōu)化

高層建筑結(jié)構(gòu)要做到合理、安全、經(jīng)濟，最優(yōu)的剪力墻結(jié)構(gòu)方案是首要選擇要求，然后是合理的構(gòu)造和計算，所以剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化有非常重要的意義。

3.1.1剪力墻的結(jié)構(gòu)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(nèi)剛度和承重力相對較大。為了保證房屋建筑的質(zhì)量就要求剪力墻平面外保持穩(wěn)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(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

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

（2）剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應(yīng)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(yīng)力分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用的計算簡圖較為符合，設(shè)計結(jié)果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設(shè)置，當(dāng)剪力墻的洞口布置出現(xiàn)錯洞、疊合錯洞時，墻內(nèi)配筋應(yīng)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度值0.20g，設(shè)計地震分組為第二組，基本風(fēng)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(jié)束語

高層建筑施工中剪力墻運用具有較好的抗震性能，結(jié)構(gòu)布置多變活動，并且造價低、經(jīng)濟性好，所以一般的高層住宅建筑都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對這種建筑設(shè)計、施工和使用中發(fā)現(xiàn)問題然后總結(jié)，進一步優(yōu)化房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。總之對高層建筑設(shè)計施工都要求合理性與經(jīng)濟性，建筑的抗震性能也至關(guān)重要，因此就要求剪力墻充分發(fā)揮作用，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力實現(xiàn)自己的價值。

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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。