高層建筑剪力墻結構優化設計探討

張文濤

(山西華鼎建筑設計有限公司，山西省 太原市 030032)

高層建筑剪力墻結構優化設計探討

張文濤

(山西華鼎建筑設計有限公司，山西省 太原市 030032)

剪力墻也可以稱為抗風墻、抗震墻或結構墻，是房屋或構筑物中主要承受風載荷或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的墻體，能夠有效的防止結構剪切破壞。在高層建筑中，剪力墻的作用更加重要，本文對高層建筑剪力墻結構及其概念設計的重要性進行分析，在剪力墻結構的設計和計算方面的優化設計進行探討。

高層建筑；剪力墻結構；優化設計

引言

隨著我國城市化的發展，我國城市的發展方向除了在水平方向上不斷發展之外，也加強了在垂直高度上的發展，使得高層建筑得到了相應的關注。為了保證高層建筑的結構性能，有效的避免地震以風力等方面的因素對建筑物結構的影響，加上相關單位對高層建筑剪力墻的經濟性方面的要求，需要對高層建筑剪力墻結構進行一定的優化設計。

一、高層建筑剪力墻結構及其概念設計

關于高層建筑，總體上是指超過一定層數或高度的建筑就可以成為高層建筑。在我國，規定了30層左右接近100米的稱為高層建筑，而在新《高規》中將10層及10層以上的高度超過28米的鋼筋混凝土結構稱為高層建筑結構。

高層建筑是城市的生產和消費發展到一定程度之后的必然產物，通過高層建筑首先能夠帶來一定的社會經濟效益，其次還能在建筑內部的聯系、建筑用地、市政建設投資和建筑工期等方面具有一定的優勢。雖然如此，但是高層建筑也存在一定的缺點，主要是在受到地震或者風力等方面的影響之后對建筑本身的結構有著更高的要求，需要在保證一定剛度的基礎上防止建筑物過度的震動和發生水平方向上的位移，從而保證建筑物內部的裝飾以及其他結構等方面保持穩定，使得建筑物內部具有一個較為長期的舒適的生活環境。

在受到地震帶來的垂直方向以及風力帶來的水平方向的載荷時，低層建筑會產生較小的內力和位移，對整體的結構性能基本上沒有影響，但是對于高層建筑來說則會帶來很大的變數，使得高層建筑對結構的穩定性的要求更大。建筑物高度增加之后，在受到相同的力之后產生的位移會最快發生變化，然后彎矩也會相應的發生變化。除了應該保證高層建筑物結構的承載能力之外，還應該對結構的水平方向上的剛度進行要求，從而使得結構在受到水平載荷之后發生承受范圍之內的變形。

在建筑結構中剪力墻結構很重要，主要是其能夠在水平和豎直方向上都具有一定的承受能力。在剪力墻結構的整體上來說，其不但能夠通過較大的側向剛度來減小水平作用下的位移，還能通過剪力墻結構本身的外形特點來增加建筑物內部的布置。當然剪力墻結構也有一定的缺點，主要是在較大空間的房屋及結構的延性兩個方面不是很完善。但是當需要進行較大內部空間設計的時候，可以通過部分框支剪力墻來充當剪力墻結構的功能。

為了保證建筑物結構在水平和垂直方向上的承受能力，在建設高層建筑的時候，會對建筑物內部結構的空間大小有著一定的要求，而對于較大空間的建筑需要在另外的建筑單元中進行建設。對于矩形平面的剪力墻結構，需要在縱橫兩個方向上進行同時的設置；對于圓形平面的剪力墻結構，應該在完成對從圓心出發的半徑及外環方向上的設置；而對于三角形平面的剪力墻結構，應該沿著三個邊的方向來完成剪力墻的設置。

二、剪力墻結構設計和計算的優化

（一）剪力墻結構設計的優化

首先，剪力墻設置方向上應該盡量的沿著主軸的方向完成雙向的設置，其他方向也應該如此，這樣能夠保證空間結構的完整性；對于避震用的剪力墻結構，應該盡量的防止出現剪力墻的單向布置，而在不同的受力方向上的抗側剛度的大小上也應該盡量的相等，這樣能夠使得建筑內部空間結構工作性能的穩定性得到相應的保證。在保證剪力墻結構的抗側剛度以及承載力上的條件之后，可以對剪力墻的結構進行設計，盡量的減小其結構的重量，從而增加建筑內部結構的可操作空間。

其次，對于剪力墻墻肢的截面來說，應該盡量保證其簡單和規則。為了保證剪力墻結構在豎向上的剛度及應力的規則，需要保證剪力墻在門窗等位置上對齊的進行布置，能夠使得結構設計的簡單和安全。對于墻肢上剛度相差較大的洞口，需要將墻內的鋼筋設置成一定的框架模式來應對可能出現的錯洞或者疊合錯洞的情況。

對于出現的較長的剪力墻，為了對齊結構的剛性進行保證，防止出現以為脆性出現的結構的剪切破壞，應該在合適的位置開設洞口，保證分開的墻體的高度在截面長度的兩倍之上，并且需要利用弱連梁進行連接。

在剪力墻平面外的穩定性方面，因為剪力墻在平面內外上的剛度和承重能力上的不同，應該通過設計平面外的彎矩來對剪力墻平面外的穩定性進行保證。當出現剪力墻平面外的樓面與剪力墻墻肢的連接時，應該采取適當的措施來對連接部分彎矩對墻的影響進行控制。

總的來說，對剪力墻進行設計的時候，首先應該進行結構分析，保證不同方面各項指標的前提下來對剪力墻的厚度進行確定，另外，不同抗震等級軸壓比以及剪力墻結構穩定性等方面的要求也應該進行充分的考慮。

（二）剪力墻結構計算的優化

在剪力墻結構設計的時候，應該對結構的合理性進行考察分析，比如在剪力墻結構剛度適宜的情況下，應該對規范規定的樓層最小剪力系數進行計算來保證樓層最大層間位移與層高之比的規范性；在對偶然偏心影響的地震作用下進行分析之后，應該對樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移進行計算，保證A級高度高層建筑基本保持在樓層高度平均值的1.2倍之內，當超過1.2倍時，也絕對不能超過樓層高度平均值的1.5倍等等。

對于樓層最小剪力系數的調整，短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩應該在結構的總力矩的百分之四十以下，在此基礎上應該合理的對剪力墻進行設置，設計合理的剪力墻設置方案，保證剪力墻側向剛度的合理性，在樓層最小剪力系數上也應該控制在一定的范圍內，通過這樣的設計能夠使得剪力墻結構的自重降低，進而對地震作用有著一定的抑制作用，同時還能節省一定的施工成本。

對于樓層最大層間最大位移與層高之比的調整，在進行多地震作用的樓層的最大層間位移的計算時，要注意樓間彎曲變形，對于整體結構彎曲變形可以不進行扣除。所以要保證高層建筑的扭轉變形控制在最小的范圍內，在對層間位移進行充分的分析之后在進行豎向構件剛度的改變。但是有的設計人員會通過增加某一方向上的側向剛度來保證該方向上的層間位移上的要求，但是這樣的設計會使得結構的剪重比難以控制。除此之外，還應該對結構扭轉為主和結構平動為主的第一自振周期之比以及連梁超限等方面進行調整，從而更好的保證高層建筑剪力墻結構設計的最優化。

結語

雖然我國頒布的相關規程規范對建筑物剪力墻的相關標準進行了一定的規范，但是內容不夠具體。在實際的工程設計時，項目設計階段有著很重要的作用，會對項目的施工質量和施工成本有著一定的影響，但是在設計階段會因為項目的復雜性，使得設計人員不能很好的在各個方面進行最好的設計，所以存在一定的可優化設計空間。通過剪力墻結構優化設計能夠保增加建筑項目施工的可行度，還能夠在能源方面做到節約。而通過剪力墻結構計算的優化能夠在計算機技術的基礎上完成對剪力墻結構的最佳計算，從而能夠更好的保證結構的優化設計，從而對施工成本、施工質量和施工進度等方面進行很好的保障。

[1]劉劍. 高層建筑剪力墻結構優化設計探討[J]. 技術與市場,2011,05:50+52.

[2]陳耀. 高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討[J]. 福建建材,2011,04:36-37+39.

[3]王和平. 高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討[J]. 四川建材,2008,05:85-86.

[4]謝向鵬,李獻軍,高菊芳. 試析高層建筑剪力墻結構優化設計[J]. 中國建筑金屬結構,2013,24:175.

[5]吳昊天. 高層建筑剪力墻結構設計優化探究[J]. 科技創新與應用,2015,15:242.

[6]王麗群,譚金彪. 板式高層建筑混凝土剪力墻結構優化設計分析[J]. 門窗,2015,05:165.

TU7

B

1007-6344（2015）10-0127-01