高層建筑剪力墻結構設計優化探究

【摘要】我國建筑業的發展使得人們的居住環境都有所提升。但是隨著土地資源的緊缺，高層建筑已經成為當下的趨勢。對于某些高層建筑來說，剪力墻結構是非常重要的一種結構形式。本文將簡單介紹高層建筑剪力墻的結構設計以及對剪力墻設計優化的探究。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻；優化設計

隨著我國的經濟發展，高層建筑也越來越多，成為發達城市現代化的象征。而高層建筑的剪力墻具有剛度大、整體性強、用鋼量小等優點，對于高層建筑的建設有著重大的影響。因此，剪力墻的結構設計是非常重要的。那么，究竟如何優化剪力墻的結構設計呢？

1.我國高層建筑剪力墻的簡單介紹

1.1剪力墻的概念與特點

剪力墻又稱為抗風墻、抗震墻還有結構墻。房屋活構筑物中主要承受風荷載或者地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體，防止結構剪切被破壞。因為是鋼筋混凝土結構墻，屬于下端固定在基礎頂面上的豎向懸臂板。豎向荷載在墻體內主要產生向下的壓力，側向力在墻體中產生水平監利和彎矩，因為這類墻體具有加大的承受水平力（水平剪力）的能力，故稱為剪力墻。剪力墻不僅有著非常出色的外觀，還有著自身的結構特點。因為剪力墻鑄造的材料主要是鋼筋混凝土，因此，它的穩定性極好，表面強度也非常大，平面內的剛度及承重力大，但是剪力墻外表面的剛度以及承載力都相對較小。隨著建筑的逐漸增高，剪力墻的主要作用就是代替傳統的建筑物梁和柱子承重，因為他有較大的承重能力。除此之外，剪力墻結構的鋼筋比例較低，為鋼筋的價格相對昂貴，因此大大降低了建筑企業的成本問題，為企業帶來更大的效益。總之，剪力墻的特點就是外觀優美，穩定性好，表面強度大，承重能力強，價格實惠。

1.2當前我國高層建筑剪力墻出現的問題

雖然我國的高層建筑發展迅速，但是在高層建筑的剪力墻的設計方面仍然存在著一些問題。首先就是軟件運用的問題。目前我國在高層建筑剪力墻設計計算的方面的軟件還不是非常新。計算機畢竟不是人的大腦，不能夠根據實際情況進行修改，緊急情況。不能根據施工現場的進行實際情況做出設計，同時也不能處理相應的緊急狀況。因此，在利用計算機處理數據的時候會存在一定的誤差。其次，設計師在進行剪力墻的設計問題的時候，沒有考慮到高層建筑的實際情況帶來的隱患，從而在剪力墻的結構設計上不能很好地與高層建筑相適應。除此之外，有的設計者對于剪力墻中的鋼筋量沒有做嚴格的要求。他們為了使得剪力墻的受力能力更強，表面強度更高，盡可能使鋼筋含量更多，卻忽略了鋼筋含量過多造成的危害，而且這樣還大大增加了企業的成本問題。

2.對優化剪力墻結構設計的探討

2.1加強高層建筑剪力墻的軟件以及員工的更新

隨著我國高科技的發展，幾乎所有的技術都運用到了計算機。而對于高層建筑中剪力墻的結構設計的計算上，要用到計算機以及一些軟件。因此，建筑部門也要注重建筑所使用的軟件的更新。研究人員應該設計出與優化剪力墻結構的計算相匹配的軟件，從而更好地優化高層建筑中剪力墻的結構設計。除此之外，相關企業要加強高技術員工的更新問題。多聘請對于高層建筑中剪力墻的設計計算能力的軟件應用較強的工作人員，使其更好的運用計算機技術從而優化剪力墻的結構設計。

2.2剪力墻結構設計方面的優化

剪力墻結構是以鋼筋混凝土墻為主要的承受豎向和水平荷載的結構體系，在高層建筑中，剪力墻的設計結構有其一定的原則。首先就是剪力墻結構體系布置原則。剪力墻的結構體系包括平面布局，豎向布置，內部的結構······首先從平面布局來說，剪力墻在拐角墻以及結構的兩端處的受力比較復雜，因此，受外界的影響相對大些。因此，在建設剪力墻的時候要盡量避免在這些受力復雜的地方設置樓梯，確保建筑的安全。首先，要做到平面布置規整、簡單、對稱而且要均勻。要盡量使結構的抗扭剛度增加，是使得剪力墻的結構質量、剛度、承受力分布，使得結構的鋼芯與質心重合或者接近，從而加強高層剪力墻的抗震能力。從剪力墻的縱向布置方面來講，對于剪力墻的縱向布置的原則是側向的剛度要從上到下逐漸減小，不應該有剛度的沖突，剛度比應該大于等于1.1，如果建筑的相鄰地層是結構嵌固端的話，那么剛度比就應該大于1.5 。接下來時剪力墻的內部結構構建的設計原則。首先就是墻肢的設計。墻肢是剪力墻的重要受力部件，決定了側向剛度以及扭轉剛度。在設計墻肢的時候，首先要根據實際的受力情況要進行間距、數量分配等方面的設計，從而使得墻肢分配到可承受的內力。其次就是連梁的設計。連梁是連接墻肢之間的連系梁。連梁的跨度小但是高度大，因此，連梁的內力就約束了墻肢的變形，從而使得剪力墻的整體更加穩固。為了使得達到足夠的抗震能力，使剪力墻的受力更好，就應該在連梁和框架梁的縱向鋼筋在錨固時無論是梁底鋼筋還是梁頂鋼筋深入支座的錨固長度都必須滿足抗震設計的最小錨固長度，箍筋加密區的長度及箍筋的直徑、間距及鋼筋等級、混凝土等級都要滿足抗震構造要求。還有就是樓板的設計。為了使剪力墻的結構設計更加優化，對于樓板的設計就應該注意。板中一般有鋼筋，雖然鋼筋的剛性很強，但是也要進行剪力墻的結構構建鋼量的控制。在高層建筑的剪力墻的樓板結構中，要在確保安全的前提下將含鋼量控制在最低范圍內，這樣，既使得樓板的結構更加優化，又大大減少了公司的成本。其次就是轉角洞口的設計優化問題。可以在轉角窗的上下樓層以及轉交陽臺處設置梁與暗梁，在轉角洞口距離較近的地方要采用整墻肢，不要用短墻肢。除此之外，轉交洞口所在的樓層的樓板要特別加厚，從而加強洞口兩側墻肢的整體性。只有遵從剪力墻各個部分的設計原理，不應該隨著設計者的主觀意識進行設計，并且在實際剪力墻的結構設計問題上，將理論與實際情況相結合，才能更好地優化剪力墻的結構設計。在剪力墻的配筋問題上，需要特別注意，從而優化剪力墻的結構設計。一般梁的受力縱向鋼筋量范圍是0.35 – 1.5，非受力縱向鋼筋量大約是0.3；剪力墻的柱的受力總行鋼筋量范圍是0.5 – 1.5；墻體的含鋼量在0.35 – 0.5 之間，非受力縱向鋼筋量在0.35 – 0.5范圍內；而樓板的縱向鋼筋量在0.35 – 0.6范圍內。

2.3剪力墻在設計計算方面的優化

對于剪力墻在設計計算方面的優化更要注意。首先就是樓層最小建立系數的調整。在滿足短肢剪力承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下 ，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數不小于規范限值。其次就是樓層的最大層間最大位移與層高之比的調整原則。而且，剪力墻的布置宜多均勻長墻少短肢剪力墻，這樣就可以使剪力墻設計更合理、更經濟。圍內的樓層的最大層間最大位移與層高之比的話，就會導致高層建筑結構的整體彎曲變形，抗震的能力大大下降。而剪力墻的長度更是不能大于八米，跨高比要根據實際情況來進行調整，將連梁進行塑性調幅，從而減低剪力墻的設計值。因此，樓層的最大層間最大位移與層高之比要處于規定正常的范圍之內。

3.結束語

我國發達城市的高層建筑越來越多，對于剪力墻的結構設計就有更高的要求。雖然目前我國的高層建筑剪力墻的結構設計還不是非常完善，但是相信隨著我國經濟的發展和科技水平的提高，在建設工程的剪力墻結構設計的優化問題上一定會得到改善。

參考文獻

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[2]郭兆偉，高層框架剪力墻結構防震設計的技術要點分析[J]。建材技術與應用，2013（01）

作者簡介：黎燦坤（1985年12月-），男，主要從事建筑結構設計工作，工作單位：廣東省大成注建工程設計有限公司，510095