高層建筑剪力墻結構設計分析

雷閃

摘 要：剪力墻是高層建筑結構體系中的重要組成部分，對建筑結構穩定性產生重要影響，做好高層建筑結構設計中剪力墻設計的質量控制工作具有一定的實際意義。文章針對高層建筑結構設計管理問題，討論高層建筑結構設計中剪力墻設計的相關內容，并結合實際工程案例，分析該案例中高層建筑結構剪力墻設計的一般思路，得出優化剪力墻結構方案、優化混凝土配置等結論。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；剪力墻

1 高層建筑結構設計剪力墻設計中需要注意的問題

1.1 對剪力墻軸壓比限值的確定。在剪力墻設計環節中，軸壓比限值是剪力墻設計的重要組成部分，不僅影響剪力墻的基本質量，還對其抗震能力產生影響。目前，建筑行業一級～三級的抗震等級剪力墻底部加強部位的最大軸壓比限值的計算公式為： ，在上述公式中，S代表剪力墻的最大軸壓比限值；fc代表混凝土軸心抗壓強度的理想設計值；A代表墻肢的全截面面積，單位為cm2；N代表墻肢重力荷載作用下的軸壓比設計值（在N參數的分析中，不考慮該數據與地震的作用）。

1.2 高層建筑剪力墻結構厚度的確定與配筋處理。（1）我國相關規定對高層建筑的剪力墻參數提出了十分明確的要求：當剪力墻結構的地震等級達到8度時，剪力墻抗震等級要大于等于2級。在這一規定的影響下，相關單位在開展剪力墻結構設計中，要保證剪力墻墻底的部分墻體厚度超過200mm。而在現代工程建設中，設計方對剪力墻的分析已經有了較為完備的數據支持，其計算公式為： ，在上述公式中，b代表剪力墻的估算厚度值，單位為mm；Q代表單位面積的荷載重量標準值，Q=13.0+7（n-15）/20；n代表樓層層數；r代表軸壓比。（2）我國高層建筑規范中明確指出：高層建筑剪力墻墻體配筋率要大于等于0.25%，而剪力墻的底部加強部分配筋率要大于等于0.3%。一般在高層建筑剪力墻結構設計中，剪力墻的水平配筋的關鍵就是向墻體內部加入水平分布的鋼筋，在經過這種處理后，剪力墻等整體結構性能得到改善，自身的抗溫度應力參數水平、抗脆性剪切力水平明顯提升。而一般在結構設計中，設計人員需重視對高層建筑剪力墻的配筋處理，來最終保證剪力墻結構的穩定性。

2 高層建筑剪力墻結構設計的實際問題分析

2.1 工程案例結構簡介。該項目是當地重要的建筑項目之一，整體建筑高度約為74.16m，地上建筑結構為25層，還設有兩層的地下儲藏室，工程等級為一級。在建筑結構設計中，該建筑項目采取框架-剪力墻結構與剪力墻結構。但在建筑項目設計之初，考慮到建筑的主要功能為住宅樓，盲目的增加框架柱會影響室內的整體空間結構，因此在最后設計決策中，決定采取剪力墻結構。

2.2 剪力墻布置方案。在該項目中，剪力墻布置方案主要考慮了剪力墻的數量、剪力墻參數、布置位置等多種問題，而在考慮建筑結構經濟性的基礎上，其底部肩梁截面總面積約為樓層面積比的8.3%。同時，由于住宅建筑結構特點十分明顯：受建筑外觀、使用功能等多種因素影響，建筑在結構設計中采取了不規則的平面結構設計形式，并且豎向位置上因為下部缺乏足夠的大空間部位導致剪力墻會以連續的形式從下而上連續分布。針對這一要求，該項目在剪力墻平面布置設計過程中，適當的增減左右剪力墻與軸線上下剪力墻的尺寸，實現對結構扭轉參數的控制。

2.3 建筑材料。建筑材料作為影響施工質量的重要因素，其質量對建筑整體質量產生重要影響。因此在該項目設計環節中，設計單位高度重視對原材料相關內容的控制。

2.3.1 總體設計思想。由于高層建筑混凝土結構需要采用高性能的混凝土與鋼筋，但考慮建筑結構安全性等因素后，設計人員確定了以下主要設計思路：通過采取高強度混凝土控制建筑柱截面面積、通過高強度鋼筋減少配筋量。在該思想的指導下，設計人員在設計環節中盡量選擇能夠滿足強度、塑性、均質性等要求的施工原材料。

2.3.2 混凝土設計。由于混凝土強度變化會影響結構自重、原材料使用率等諸多問題，并且使用強度過低的混凝土會導致建筑內有效面積降低，一定程度上影響建筑的整體功能。我國《高層規范》中對混凝土的相關參數水平提出明確要求：高層建筑結構的主要承重構件要使用強度不低于C20的混凝土，且最高混凝土強度不應大于C60。在相關規定的指導下，設計人員進一步完善了該項目剪力墻的混凝土等級水平，基礎墊層為C15，剪力墻柱梁板為C30，構造柱為C25，基礎混凝土為C35。

2.3.3 鋼筋材料設計。該項目在鋼筋設計中，優先選擇抗壓強度等級高、可焊性能良好的鋼筋，并且在施工過程中始終遵循“承載力相等”的原則展開鋼筋配置。同時在最小配筋率選擇中，以強制的規范要求對鋼筋設計參數進行確定，保證替換鋼筋的數量的科學性。在該項目中，鋼筋為HRB400和HRB300，焊條為HRP335、E45、E50。

2.4 荷載計算。對高層建筑而言，除受到自重荷載的影響外，還有可能受到其他荷載作用的影響，例如屋面荷載、風荷載等，這些荷載都會對建筑結構的整體質量產生影響。文章選取該建筑結構設計中的幾種荷載計算內容，對其荷載計算問題進行闡述。

2.4.1 風荷載計算。總所周知，風荷載對高層建筑整體參數的影響十分明顯，因此在剪力墻結構設計中要予以高度重視。該工程項目根據《家長農戶結構荷載規范》的相關內容展開風荷載處理分析，取當地工程基本風壓為0.35KN/m2的標準值，其計算公式為：wk=βzμsμsw，在上述公式中，wk代表風荷載的標準值，單位為KN/m2；βz代表z高度處的實際風振系數；w代表高層建筑的基本風壓值（一般以當地的實際風壓為參考對象），單位為KN/m2；μs代表風載體形系數；μz代表z高度處的風壓變化系數。

2.4.2 樓面荷載計算。該項目的樓面荷載問題主要是根據建筑方案的計算方案的計算參數進行分析處理的，其典型的取值參數客廳和臥室的活荷載取值為2.0，衛生間和陽臺2.5，前室和走廊3.5，上人屋面為2.0，不上人屋面位0.5，雨棚和屋面板為1.0。

2.5 設計結果分析。該項目在剪力墻施工中，嚴格按照設計圖紙的相關標準展開施工，并針對設計圖紙中的不清晰問題及時的與設計人員取得聯系。從后期監理結果顯示，該項目的剪力墻質量水平良好，能有效滿足該建筑承重的要求。

3 結語

主要討論了高層建筑剪力墻設計的相關內容，并結合實際工程案例，對其設計方法進行分析。總體而言，在高層建筑剪力墻設計過程中，需要嚴格遵照相應的施工質量控制標準展開管理，并結合工程的具體要求進行控制，通過實現全范圍內的建筑施工設計質量管理，保證建筑剪力墻結構質量，為強化建筑整體性能奠定基礎。

參考文獻

[1] 馮運琴.高層建筑剪力墻結構連梁設計中的問題[J].科技咨詢（建筑科學），2013（18）：59-60.

[2] 夏卓文.高層建筑結構設計特點與剪力墻設計[J].住宅科技（規劃設計），2007（02）：29-32.

[3] 周浪.高層住宅剪力墻結構優化設計研究[D].武漢：武漢理工大學， 2011.