高層建筑結構設計特點與剪力墻設計分析

熊君明

（深圳市建筑設計研究總院有限公司　廣東省　深圳市　518000）

高層建筑結構設計特點與剪力墻設計分析

熊君明

（深圳市建筑設計研究總院有限公司廣東省深圳市518000）

隨著我國人口的不斷增多，我國的建筑行業也越來越呈現出蓬勃發展的態勢。我國高層建筑不斷崛起，在城市中已經占據著主要的地位。在高層建筑建設中，剪力墻的設計是非常重要的一個方面。本文對高層建筑的結構特點以及結構分析，剪力墻各方面的設計要點進行了詳細的分析，對提升高層建筑的建筑質量以及建筑水平具有重要的作用。

高層建筑；結構設計；剪力墻

進入新的發展時期，我國的高層建筑的數量以及規模不斷增加。高層建筑的剪力墻和低層建筑相比，建筑受力的情況更為復雜，因而在具體的設計過程中，設計人員以及施工人員都要進行精細的設計以及周密的施工。要建成一座優秀的高層建筑，建筑人員需要根據建筑的結構特點以及剪力墻設計的具體情況進行施工，從而真正的提升建筑的施工水平。

1　高層建筑的結構特點

1.1軸向變形

高層建筑的屬相何在經常處于一個很大的數值，這樣大的負載就很有可能使建筑的柱體產生極大的變形，進而使梁支座的負彎矩值變得更小，跨中正的彎矩與端支座的負彎矩的數值也會隨之逐漸變大，從而對連續的梁的彎矩以及預制的構件長度造成一定的影響。因此，在進行建筑的施工時，施工人員一定要根據建筑的軸向的變形的具體數值，對建筑的下料進行相應的調整。另外，施工人員也要注意側移以及構件的一些影響，并且要充分的考慮到建筑豎向的變形的影響，以保證建筑的質量以及安全。

1.2結構延性

由于高樓建筑和低一些的樓房建筑相比，結構更為柔軟，所以如果建筑發生了地震，高層建筑物的變形也會更大。施工人員為了避免建筑的倒坍現象，保證建筑具有更強變形的能力，可以在建筑的結構上進行相應的調整，從而實現建筑結構延性的提升。高層建筑只有保證了足夠的結構延性，才能真正的保證建筑的穩定性以及安全性。

1.3側移

在高層建筑的設計中，建筑結構的側移是建筑設計不可忽視的因素。隨著建筑層數的逐漸增多，建筑高度的逐漸增大，建筑在水平方向的側移也會不可避免的越來越大。因此，高層建筑在進行設計的時候，一定要充分的考慮到建筑的側移因素，將之控制在一定的范圍之內，從而保證建筑的安全與穩定。

1.4水平荷載

在高層建筑里，建筑的水平荷載是建筑設計非常重要的一個因素。高層建筑的自重以及樓面的荷載在構件中的彎矩以及軸力的數值和樓房的高度構成正比，水平荷載的傾覆力矩以及豎向的構件的軸力的數值和樓房高度二次方構成一定的正比。在進行建筑設計時，建筑人員一定要根據建筑的具體情況以及建筑各要素之間的相互作用，對建筑進行合理的設計，要保證相關的建筑數值要隨著建筑結構的動力而有所變化，從而保障建筑在水平荷載上的承載能力以及抗震能力。

2　高層建筑的結構分析

2.1小變形

在高層建筑進行分析的時候，很普遍的一種方法是進行小變形的假定。在進行的假定的過程中，設計人員會對幾何的非線性的問題進行研究。另外，當建筑頂點的水平位移和建筑高度的比值大于五百分之一的時候，非線性的效應就絕對不能再進行忽視。在對高層建筑進行施工的時候，施工人員一定要對建筑結構的變形給予相應的重視，從而保證建筑的安全，保證建筑的正常使用。

2.2剛性樓板

在很多高層建筑進行結構設計的時候，設計人員一般都是假定建筑樓板的剛度處于一個無限大的程度，而建筑平面的剛度則一般是進行忽略。這種假定的方法可以極大的減少建筑的位移，并且簡化位移的計算方法，為空間的薄壁桿的計算提供良好的條件。在對高層建筑進行設計的時候，剪力墻以及框架體系對于這種剛性樓板的假設是比較適用的，但是對于建筑的豎直方向的剛性的突變的現象，建筑的抗側力一般來說間距都比較大，建筑的層數也比較小，建筑的底部以及頂部的位移也會更加的明顯，這就要求設計時一定要結合具體情況進行分析，不能進行盲目的假定。

2.3計算圖形

在對高層建筑的整體結構進行分析的時候，可以有多種計算圖形的方式，包括一維、二維以及三維的協同的計算分析等。

在對一維進行分析的時候，設計人員要對抗側力的構件在水平位移上的變形進行科學合理的變協調。設計人員可以將建筑的結構簡化成水平力的抗側力的結構。另外，對于剛性樓板，由于樓面的抗側力的側移一般來說都是相等的，設計人員可以構建一維的協同分析，并且在建筑構件轉角數值一樣的情況下，構建最基本的方程公式。一維的計算是最常用的計算方式。

建筑的設計人員在進行二維的協同分析的時候，除了要將單側的抗側力在平面上進行分析，而且也不能忽視同層的樓面在各抗側力的變形問題。設計人員在計算時，要將縱橫兩個方向的抗側力進行共同的計算，并且也可以引入剛性樓板自由度的概念，利用位移和外力平衡方程進行具體的求解。

建筑設計最全面也最復雜的一種計算方法就是三維的計算方法。三維的計算方法是在二維計算的基礎之上，不僅要充分的考慮樓面的位移，而且不能忽視構件抗側力平面的剛度以及扭轉的剛度，極大的完善空間的工作性能以及筒體結構。三維的計算方法需要對單元每個節點的自由度進行分析，并且按照相關的理論對桿端的節點以及截面的翹曲進行控制。

3　剪力墻設計分析

剪力墻是高層建筑中最為常用的一種設計結構，它因為具有承載力比較強、抵抗力比較大以及用鋼量比較少等特點，經常在高層的旅館或是居民住宅中得到廣泛使用。在具體的建筑設計中，客房和居室之間的空間一般來說都比較小，因此施工人員需要建設一些墻面來進行空間的分隔。這些分隔墻大多就是利用現澆的剪力墻的技術，具有很大的實用性以及經濟性。

3.1剪力墻邊緣設計

一般來說，矩形截面的剪力墻的結構延性要比槽形的截面的要差。在進行建筑的計算的時候，設計人員可以增加墻截面邊緣的約束力，從而有效的提升墻面的結構延性，提高剪力墻的抗剪能力以及水平剪力作用。另外，建筑在進行設計的時候，人們也要在墻端的位置設置暗裝，并且要將暗裝的截面的數值進行規范，以防止建筑問題的發生。

3.2剪力墻配筋設計

剪力墻的水平布筋主要是為了防止墻面發生裂縫造成剪切破壞，并且可以抵擋溫度對混凝土的影響。在對配筋進行設計的時候，建筑物如果比較長或是比較高，施工人員在進行配筋的選擇時，對于建筑連梁以及對溫度剛度變化比較敏感的部位一定在配筋的數量上進行適當的增加。而對于長度比較短，高度比較低的房屋，配筋的數量則可以進行適當的減少。

剪力墻的豎直方向的鋼筋主要是用來抗彎，在多層以及低高層的剪力墻里的配筋經常是扣除了墻面邊緣的鋼筋。在邊緣的鋼筋配件中，墻面的豎直方向的配筋要保障間距不大于300mm，并且由于豎直方向的鋼筋太多，也會使墻面抗彎的強度也會比抗剪的強度要大，這樣對于建筑的抗震極為不利。

3.3剪力墻墻面設計

剪力墻由于結構的剛度比較大，受溫度影響也比較大，所以對建筑的屋面以及樓面造成的影響也比較的大。一些長度比較長的剪力墻有時會有變形甚至裂縫現象的發生，主要就是由于剪力墻結構復雜，混凝土收縮產生變形，并且建筑的施工條件也難以控制，墻面受到的拉應力不夠而導致建筑問題的發生。

當墻面發生裂縫的時候，由于剪力墻的結構以及使用狀況比較的復雜，處理起來也比較的麻煩，因而對社會的不良影響也會比較的大。但是，在目前極大的市場需求下，建筑工程大部分都要進行趕工以及加班，速度的提升必然會導致質量的下降。由于在建筑施工中，混凝土的使用量一般來說都比較的大，如果再加上強度的提升，就會使拉應力變得更大，從而導致裂縫的發生。另外，在進行施工時，混凝土如果要進行泵送施工，就一定要增加水泥的使用量，減少骨料粒徑以及中等以及粗等骨料的含量。如果混凝土的配比以及送料的過程處理不好，加大了建筑結構的收縮，建筑就極容易有裂縫現象的發生。因此，在進行剪力墻的設計的時候，施工人員一定要尤為重視建筑的建設過程，從而避免以上這些建筑問題的發生。

4　結束語

在進行高層建筑剪力墻的施工時，相關人員既要清晰的了解高層建筑結構的設計特點，而且也要對其中的剪力墻進行科學的設計，不僅要保證設計的合理性，而且也要保證建筑的質量，保證其竣工以后的有效使用。

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TU318

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1673-0038（2015）30-0048-02

2015-7-8