高層建筑剪力墻結構優化設計初探

徐勝堅

【摘要】隨著社會經濟的發展，人們生活水平也被隨之不斷提高，同時人們在生活中對于各種物質需求日益增高，尤其是對建筑結構，更是提出了新穎的要求。在這種新的住宅結構要求上，不僅是外觀設計提出了新的要求，而且對于空間結構的美觀性、個性化都提出了發展新要求。本文就高層剪力墻結構設計進行了探索，提出了其在設計工作中需要注意的相關事項，以供業內同行工作參考。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻；結構設計

在高層建筑的不斷發展中，為了滿足人們對所居住房屋的超高要求，我們在保證其建筑物結構安全的重要前提下，還需要在建筑物的設計層面不斷地思考與追求，借鑒國外更高的建筑設計理念與技術，引進新高規和新抗震規范的材料設備，緊密結合我國當前的實際情況，不斷提高建筑工程設計水平，盡可能地發揮工程效益。

1、剪力墻結構分析

近年來，隨著社會發展，鋼筋混凝土剪力墻結構也受到業內人士是的重視。這種結構由于在施工中布置靈活、施工工藝簡單、整體性效果好、抗荷載能力高以及能有效避免房屋露筋露梁的優勢而得到了工程領域工作人員的認可，同時也給建筑結構的發展指明了新的方向。

1.1剪力墻概念

所謂的剪力墻主要指的是建筑結構中能夠承載各種水平荷載的一種建筑結構，這種建筑結構又被人們廣泛的稱之為抗風墻、抗震墻。在目前我們生活中所常見的剪力墻結構主要是用于抗風、抗震性能的一種墻體結構，這種墻體結構在發生地震的時候能夠有效的吸收地震能量，防止墻體結構的剪力破壞。

1.2剪力墻結構的條件

剪力墻結構在設計的過程中需要對于地震、風力等發生的等級和發生率提前進行勘察，根據實際情況來設計一個科學、合理的剪力墻結構體系，使得墻體結構能夠承受一定的荷載和地震，不至于出現地震就造成傾斜和建筑影響。在剪力墻結構設計工作中，當墻體結構較少的時候，如果墻體結構承受的第一振型底部地震傾覆力矩較小，結構底部的地震荷載是上部結構的1/3左右，這樣能夠有效地確保工作的合理、健全和完善，從而實現工作體系的綜合、系統要求。

2、剪力墻結構設計原則

在目前的剪力墻結構設計中，通常都需要根據建筑工程的施工環境、地質情況、自然情況等多個因素進行綜合分析和歸納，從而實現設計工作的合理、科學、有效進行。在目前的剪力墻結構設計工作中，一般的設計原則主要有以下幾個方面：

2.1尺寸控制

在目前的剪力墻結構設計工作中，剪力墻的墻高、寬等尺寸都往往較大，而厚度卻不是很大，幾何特征是以板結構為主，但是在其受力形態的設計中卻是趨向于主體結構的設計要求。但是其與其他的柱體結構卻存在著一定的差異，這些差異主要表現在肢長、厚度之間的比值，其比值往往都是小于3的時候應當按照柱體結構的要求來進行設計，而當比值在3～5之間的時候，我們可以將墻體結構判定為是異形柱，從而按照異形柱的設計流程和要求來進行受壓構件的設計。

2.2平面構件設計

在剪力墻結構設計工作中，墻體本身就是一個平面構件，它承受幾何特征的能力極低，極容易受到外部荷載的影響而出現一定的變化。由于剪力墻結構是一個集水平構件荷載和豎向荷載為一體的受力環節，因此在設計工作中，需要從水平和豎向兩個環節入手去歸納和總結，從而使得整個結構體系都出現一定的變化和工作體系。在這種社會發展的基礎上，對于剪力墻結構的設計除了令其能夠滿足基礎水平和荷載作用的同時，還必須要能夠滿足非彈性變形反復循環的延性要求，這一要求的存在對于機構設計的循環極為關鍵。

2.3方向設計原則

我們在設計墻的時候，計算時要考慮到墻在縱向和橫向延展里的結構下來進行分析計算的。我們在針對剪力墻承載能力的計算中，計算帶翼墻的寬度按照門窗與洞口之間的翼緣寬度以及剪力墻之間的距離的最小值來取值，通常都是墻肢總高度的十分之一。

3、剪力墻的特點分類

在我國，剪力墻結構由于其具有抗側剛度大，側移小和抗震性好等一系列的特點，目前被廣泛地運用到建筑結構設計中，特別是高層建筑。剪力墻的受力、變形特征雖然與框剪結構極其類似，但是它的剛度分配與內力分配比框剪結構更為合理。在國內現有的剪力墻中，如果從剪力墻是否開洞與其開洞尺寸的大小來進行分類，大致可以分為：整體小開口剪力墻、實體墻、壁式框架、雙肢或多肢剪力墻四種類型。其中整體小開口剪力墻的開口面積>15%，但仍然屬于開洞較小的墻；實體墻則是開洞面積<15%，或者完全沒有開洞的墻；壁式框架的開洞尺寸較大，它的連梁線剛度與墻肢線剛度接近；雙肢或多肢剪力墻的開洞尺寸同樣比較大，有的雙肢剪力墻的洞口還可能成列形狀布置。

4、剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用

4.1剪力墻合理定位

剪力墻最好沿主軸方向或其他方向進行雙向布置；對于抗震設計的剪力墻結構應特別避免僅單向有墻的結構布置形式。（1）對一般的矩形、L形、T形等平面則沿著兩條軸線的方向進行布置。（2）對于部分 j角形平面、Y形平面則可以沿其三個軸線方向布置。（3）對正多邊形，圓形及弧形平面可沿徑向及環向布置。

總之，剪力墻的平面布置應本著盡可能均勻、周邊、對稱的原則，盡量使墻面結構的剛度中心和質量中心完全重合，從而減少扭矩。而內外剪力墻應盡量拉通、對直。剪力墻肢截面宜簡單、規則。

4.2剪力墻中大墻肢處理

剪力墻在施工的過程中由于結構本身存在著延伸性要求，因此，結構施工與設計中也需要具備相應的延展特性，這對于提高剪力墻結構整體性和工作力度至關重要。通常情況下，剪力墻在設計中極容易形成高狀結構的剪力墻，且極容易呈現出彎曲破壞形式和剪力墻結構體系模式，這樣一來，極容易出現脆性破壞現象。因此，在設計工作中，對于墻體長度較長的剪力墻設計在滿足其承載力要求的基礎上可以進行分層間隔設計，將其分割成為小而均勻的獨立墻斷，這對于提高墻體結構的承載力十分有效。除此以外，在墻段長度較小時其受彎產生的裂縫寬度較小，可以充分發揮墻體配筋的支撐作用。而對于剪力墻結構中，存在較少的長度大于8m 的大墻肢，在理論計算中樓層的剪力大部分由這些大墻肢來承受。在發生地震特別是超烈度等強烈震動時，最容易受到破壞的便是這些大墻肢。小墻肢因沒有足夠的配筋，使整個墻面結構會受到全面破壞結構。為避免這種不利現象的發生，對于超過 8m 的墻肢長度，可以采取以下兩種處理方法：①開施工洞：即在施工時墻上留洞，完工時砌填填充墻，把長墻肢分成短墻肢。②開計算洞：是指在進行結構計算時設有洞，開始施工時仍為混凝土墻。但通過這樣的計算方式，可以加強其它小墻肢的配筋能力。

結束語

在現代化社會發展中，剪力墻的應用極為廣泛，特別是在大高層建筑結構中，其身影更是隨處可見，已成為整個建筑領域關注的重點環節。近年來的建筑發展趨勢下，為了滿足人們對住宅要求的提高，不斷地思考和探索新的建筑結構模式已成為建筑業賴以生存和發展的首要內容，也是建筑領域未來發展的主要目標。剪力墻作為高層建筑結構中的主要環節，做好其合理、科學布置與設計極為關鍵，是最大條件下發揮材料性能的首要環節。

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