高層建筑剪力墻結構設計研究

田靚

摘 要：剪力墻也被廣泛的稱之為擋風墻、抗震墻、結構墻，為此它在房屋結構中的主要作用在于抵擋各種荷載，是建筑物主要的支撐結構。剪力墻作為承擔豎向荷載也就是常說的重力、抵擋水平荷載的主要結構，是一個能與墻體、樓板共同組成受力體系的結構，它的主要缺陷在于不能拆除或者說是無法破壞。就目前我國建筑工程現狀而言，剪力墻結構由于造價高、施工困難、材料耗費大的特點而往往被建設單位所限制，為此在其設計中需要認真地進行歸納和總結。

關鍵詞：高層剪力墻；結構優化；設計；策略

1 前言

隨著人們生活的日益豐富，高層建筑的數量也在持續增加，而對高層建筑的設計上，剪力墻結構的優化設計具有重要作用，對剪力墻結構進行了合理選型和優化布置，從經濟上來說就節省了許多不必要的花費。本文對高層建筑剪力墻結構設計進行了分析探討。

2 高層建筑剪力墻結構設計的概述

高層的建筑結構因為不斷要承擔垂直的和水平的荷載，同時還要去抵抗地震，而在低層的結構上，水平的荷載所產生的內力以及位移都是非常的小的，所以一般的情況是能夠被忽視的；可是在現代的高層的建筑上，水平的荷載以及地震力的作用已經成為了高層的建筑剪力墻的主要控制的因素。剪力墻的結構在水平力餓作用下側向的變形的特征是彎曲型。剪力墻的結構所承擔的豎向的荷載還有水平的荷載的能力都是非常的大的。它的主要特點是整體性比較好，而且側向的剛度也比較大大，同時水平力作用下的側移比較小，而且因為沒有梁和柱等外露等凸出的問題，所以桁架的方便進行房間內部的布置。在水平的地震作用下，高層的短肢剪力墻的結構主要表現為整體呈現彎曲的變形，底部的外圍的小墻肢承因為豎向的荷載很大，鎖業破壞也就嚴重，尤其是一字形的小墻肢的破壞是最厲害的。

3 高層建筑剪力墻結構優化設計的主要原則

剪力墻又稱抗風墻或抗震墻、結構墻。房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的墻體，防止結構剪切破壞。

它分平面剪力墻和筒體剪力墻。平面剪力墻用于鋼筋混凝土框架結構、升板結構、無梁樓蓋體系中。為增加結構的剛度、強度及抗倒塌能力，在某些部位可現澆或預制裝配鋼筋混凝土剪力墻。現澆剪力墻與周邊梁、柱同時澆筑，整體性好。筒體剪力墻用于高層建筑、高聳結構和懸吊結構中，由電梯間、樓梯間、設備及輔助用房的間隔墻圍成，筒壁均為現澆鋼筋混凝土墻體，其剛度和強度較平面剪力墻高可承受較大的水平荷載。

墻根據受力特點可以分為承重墻和剪力墻，前者以承受豎向荷載為主，如砌體墻；后者以承受水平荷載為主。在抗震設防區，水平荷載主要由水平地震作用產生，因此剪力墻有時也稱為抗震墻。

最后，在對剪力墻的設計進行計算時，不僅要考慮到豎向作用下的結構分析，好要考慮到水平作用下結構分析，在計算出內力結果之后，就要根據偏壓或者偏拉來驗算。在計算剪力墻承載力時，如果是帶翼墻，那么，計算寬度通常情況下都是取最小值。

4 高層建筑剪力墻結構設計策略

4.1 對轉換層結構的設計給予足夠重視

在剪力墻結構設計的布置過程中要將轉換層的結構設計布置好。剪力墻結構的設計在建筑物的設計中占有重要作用，應該得到我們的加倍重視，對其重視的同時還要考慮到在高位轉換的底部大空間當中，它的結構相對其他空間要復雜的多。因為當轉換層的剛度和質量比較高使，轉換層會隨著高位轉換而升高，其中最應該得到重視的是能夠有效的將轉換層和上下的剛度調整到接近的地步，對于轉換層來說，質量與剛度都不應該太大，最終轉換層附近能不能達到層間位移角基本均勻的情況，這要控制在水平作用力之下，然后在空間范圍上進行仔細的分析，檢查均勻受力的情況。再轉換層中要選擇那些重量與剛度都比較小的材料，在現實計算時，對關系組合的振型數要進行仔細的選擇。只有通過計算，才能找出在轉化層結構中，風險度最高的部分，然后再針對這一部分通過內力分配的特點進行分析討論，改善風險部分的設計特點，對構件的配筋進行合理的調整，將薄弱環節改為保險環節。

4.2 高層建筑的剪力墻的抗震設計

高層建筑中，剪力墻是主要的抗震結構，因為剪力墻的水平方向的剛度比較大，所以特別容易滿足小震作用下的結構，尤其是高層結構中的側向位移的限制。但是，對于建筑物的剛度的大小，歷來都有很多的爭議。對于鋼筋混凝土的剪力墻的結構，通過一些地震災害的事實表明，剛度比較大的結構通常災害要小一些。但是，結構剛度并不能沒有限制的增加，因為在通常的情況下，建筑物的剛度如果越大，承受地震力的水平也會隨著變大，那么工程的費用也就變高了，這里就需要掌握好一個尺度的問題。針對高層建筑，控制這個標準的要素主要有兩個。

控制結構上的水平位移。首先應該使結構的水平位移滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》中的有關結構水平的位移的限值的規定。

控制地震力。在地震力的計算值比較小的情況下，有的時候也會出現結構的頂點位移滿足要求的一些假象，所以，只有底部的剪力在合理的要求的范圍內，對位移和內力以及配筋的情況做檢查才有意義，規范規定的剪力墻的結構的底部的剪力系數的范圍可以防止剪力過小。

嚴格控制以上兩個因素，就是對剪力墻的合理布置的有效控制。這些內容在《高規》中并沒有明確的規定，但是工程師出于結構的安全、設計的方便、設計周期的縮短等考慮，往往把結構設計的比較保守，在一定程度上沒有充分的發揮材料的性能，在造價上造成了一定的浪費。所以，深入的開展對剪力墻的結構的設計的研究是非常有現實意義的。

4.3 對于剪力墻連梁設計的優化

我們在進行設計的時候要去對連梁做出塑造性的幅度的調整，這樣做的目的是為了達到減少低剪力的設計數據的目的。通常在進行設計的過程中我們經常是去使用這兩種方法來實現在計算內力之前先去先折減連梁的剛度，并且在計算之后再把連梁彎矩還有剪力的兩者的值還有折減的系數相互的乘一下。不論哪種方法，我們都要保證剪力值不小于使用值，否則在地震時容易出現裂縫。

4.4 對底部加強部位設計的優化

在高層的建筑的剪力墻的結構中，底部的加強部位的高度是能夠去選取嵌固部位之上的墻肢的總高度的十分之一還有底部的兩層高度他們兩個中的一個最大的值；底部帶有轉換層的這種高層的建筑的結構，它的剪力墻底下的加強的位置上的高度是可以選擇可支層加上框支層以上量層的高度和墻肢總體的高度的十分之一。

5 結束語

綜上所述，通過對高層剪力墻結構優化設計的相關研究，我們可以發現，要想更好地做到剪力墻結構的優化設計，就要充分分析與掌握其中的關鍵點，因此有關人員應該密切聯系高層建筑的客觀實際，制定最優化的剪力墻結構優化設計方法。

參考文獻：

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