高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討

【摘要】文章主要討論高層建筑剪力墻在結構上的優化與設計，重點對于剪力墻結構設計相關的優化方式進行提出。首先介紹了剪力墻結構和設置需求以及相關的特點，通過對于這幾點的描述引發出怎么強化剪力墻結構上的優化設計，怎么使得建筑結構方案能夠保證科學與合理，從而對剪力墻結構自身的科學與經濟還有合理性給予保障。

【關鍵詞】高層建筑；剪力墻結構；優化設計

1、高層建筑剪力墻結構設計簡析

1.1設計前提

高層建筑剪力墻結構設計有著必要性的前提。高層建筑剪力墻結構設計本身就具有很多的概念和原則。打個比方來說，設計人員在設計一幢高層建筑時可以將這一建筑看成一根豎直放置于嵌固于地基的開發帶。其次，由于高層建筑多為巨型空間構架，因此建筑的剪力墻不僅僅需要承受所有重力荷載的作用，并且還需要在這一前提下保持穩定。與此同時，由于高層建筑剪力墻結構還需要保證各種建筑內部的裝飾、填充墻等不會在地震等問題中受到損壞，還需要提供建筑內部工作、生活的人們有一個舒適的環境，因此其設計需要將剪力墻可能出現的變形控制在一定范圍內。

1.2設計特點

高層建筑剪力墻結構設計自身有著獨特的特點。眾所周知剪力墻結構在水平力作用下往往容易出現彎曲型的側向變形，并且由于剪力墻結構承受的豎向荷載和水平荷載都較大，結果在很大程度上促使了高層建筑剪力墻結構具有很好的整體性和側向剛度。但是在這一過程中需要注意的是，高層建筑剪力墻結構由于不能夠提供大空間房屋并且結構延性通常來說也較差，因此這在很大程度上限制了高層建筑剪力墻結構的設計空間，例如許多高層建筑的內部房屋只能以小房間為主，這與高層建筑剪力墻結構設計限制有著非常大的關系。

1.3設計原則

高層建筑剪力墻結構設計需要遵循相應的設計原則。設計人員在進行高層建筑剪力墻結構設計時首先應當進行樓層最低剪力系數的計算，并且在計算完畢后通過復核來確保計算結果非常接近規范值。其次，設計人員在進行高層建筑剪力墻結構設計時應當控制好結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的自振周期T1之比，并且確保其不會大于該樓層平均值的1.5倍。這一情況主要是為了能夠進行一步的減輕結構自身重量，并且還能夠在此基礎上有效的減少地震造成破壞，最終達到降低建筑整體工程造價的目的。

2、剪力墻結構設計相關的優化措施

2.1強化剪力墻結構自身的均衡設計

高層剪力墻結構的自身的均衡設計要求工作人員選擇適宜的對策，去推進剪力墻自身結構在受力上的平均性，這不但能夠提升工程自身的安全性能以及使得結構更加的合理，同時還能夠節約高層建筑的土建成本。剪力墻結構自身的合理設計要求設計人員參照建筑物的平面布局情況去加以完成，設計人員去對各種情況進行分析，獲得剪力墻結構優化以及設計的方案，這主要由設計人員按照施工場地的情況，去設計出相對科學合理的剪力墻的結構，在設計人員以及設計好的剪力墻結構方案的時候還應該合理的制定出適宜設計需要的管理條例，強化其對于剪力墻結構所進行的檢查以及監督，強化施工人員在安全意識以及管理團隊管理的水平，使得施工人員能夠嚴格參照設計的方案以及施工圖紙去完成施工，對于施工的質量給予充分的保障，尤其是剪力墻結構自身的質量。

2.2高層剪力墻結構方案的優化設計

高層剪力墻結構有著多種多樣的設計形勢，針對高度存在差異的建筑物，選擇不同的剪力墻結構，這不但應該去對層高加以考量還應該對剪力墻構件所需求的材料加以考量，針對層高低于20層的建筑物來說，很多情況下選擇短肢剪力墻結構的方式，這樣的設計方式的水平地震剪力和期限以及位置的移動都可以在合理的范圍里獲得制約，并且還選擇現澆剪力墻的結構，科學的將混凝土結構相關的墻體變為砌體的墻體，這種方式不但能夠推進整個建筑物在剛度上的提高，減少結構自身的重量，同時還能夠很好的降低建設上的投資。

2.3剪力墻結構墻體配筋的優化設計

在墻體配筋的剪力墻結構的最優設計中，第一步要做的工作是選擇優質的材料，包括鋼材選用是最重要的，選用優質鋼材需要檢查各種鋼材有資格證明這是鋼材進場之前的主要工作，符合鋼材可以進入施工現場的要求，剪力墻結構墻體鋼筋最需要放在垂直鋼筋內，鋼水平放置外。這是因為墻下的墻體加強相對于其他部分較多，而地面的壓力和土壓力引起的強大的壓力，剪力墻結構的通常符合推薦標準和工程估計的最加固可根據實際情況優化設計剪力墻，降低投資成本。剪切壁厚度的選擇特別重要，不必刻意設置最小厚度為200mm，以滿足結構計算的要求，也可以在180mm或160mm剪切墻的前提下使用。

2.4剪力墻結構連梁的優化設計

在相關的剪力墻結構標準中，很明顯，如果梁的跨高比小于5，則必須根據連梁的要求進行設計，這意味著跨高比小于5的梁可以減少，甚至當梁跨高比小于3的比率時，一旦剛度不降低，很可能引起過度剪切的情況，使施工項目的成本增加，浪費資源。 解決的辦法是使跨高比大于5，這樣就可以大大減少鋼筋和混凝土的使用，有效降低投資成本。

2.5層間位移比和最大位移的最佳設計

根據規定，在計算由彈性層最大值引起的地震的共同值的位移時，建筑物的高層變形被排除，大部分扣除整個結構的彎矩，并進入扭轉變形。因此對于高層建筑物主要任務是防止其變現。根據垂直分量數量的限制，可以控制剪切變形，一旦奇異分量布局不夠科學，可以產生較大的扭轉變形，因此高層建筑需要最小化扭轉變形，不能任意增加組件的剛度。

2.6地板最小剪切系數的最優設計

在短肢剪切壁底部的第一振動基礎的地震應力小于結構底部的總地震應力的40%的情況下，有必要使剪切壁的使用最小化和大空間剪力墻作為目標，促使地板的最小剪切系數接近標準規格。這種方法可以增加剪力墻結構的剛度，減輕地震的重量，將地震帶來的負面影響降至最低。

結語：

綜上所述，假如高層剪力墻結構在設計上產生問題的時候，這可能會極大的制約剪力墻結構和工程整體自身的安穩性，因此，強化剪力墻結構的優化設計可以說是當前工作過程中的主要點，剪力墻自身結構的優化設計不但能夠推進工程穩定并且還能夠減少建設資金上的投入，可以說著對我們國家建筑行業上的快速發展有著十分正面的影響。

參考文獻：

[1]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.

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