高層建筑剪力墻設計結構優化設計研究

楊華寶

（山西省晉設拓凡建筑設計咨詢有限公司 030013）

隨著社會的發展，城市建筑物更加注重建筑質量和規模，我國現今可利用土地資源稀缺，高層建筑成為緩解問題，保障城市化發展的重要措施。高層建筑的數量與高度受高層建筑的承重影響，其中剪力墻設計承擔著主要作用。高層建筑剪力墻設計不僅能夠有效減少鋼材的需求，降低相應工程資金成本，并且剪力墻的性能和效果也相對于傳統承重設計有一定優勢，其強度和韌性對諸多情況下的重力荷載都有較高的限度。在高層建筑中合理應用剪力墻設計，能夠保證建筑內部的承重墻受力不會過大，保證建筑物質量安全，保障內部空間使用性，特殊區域使用剪力墻還能夠結合室內設計，有一定美觀效果。

1 高層建筑剪力墻設計優化分析

1.1 剪力墻規格數值分析

從高層建筑的承重設計方面來看，剪力墻的規格質量是決定其適用性的重要標準，不同建筑內部的剪力墻結構設計都需要結合建筑物本身進行計算，既要保證最大層間位移以及寬高比的基礎上，確認最小剪力系數，又要確保剪力墻能夠與建筑物本身完美貼合。一般來說，在剪力墻的規格參數的具體設計需要考慮地震作用等其他橫、豎向力的不良影響，因此需要對層高、層間位移以及最大水平 位移樓層的平均值都要確定好范圍數值。

1.2 最小剪力系數

為了保障樓層安全，剪力墻能夠有效克服受地震等情況引起的水平荷載以及重力豎向荷載帶來的墻體和建筑結構破壞。因此，剪力墻的設置數量一般來說取決于空間布局和室內結構。如果空間范圍較大，要合理控制橫向剛度，調整最小剪力系數。要通過結構設計人員的測量和計算，來確認剪力墻設計符合規范，對其結構的布置和重量問題，要適當調整設計，減輕橫向與豎向的荷載作用。

1.3 剪力墻結構受力特點

剪力墻的結構本身是通過橫向與豎向的雙重受力作用組成的空間結構，剪力墻的剛度與強度本身能夠與地震等事故引起的惡性破壞力有一定程度上的抵消，剪力墻的抗風、抗震性能較好，在高層建筑中，能夠有效滿足其室內空間的使用功能和實用功能，保證室內建筑結構的安全性。還要聯系高層建筑的水平面，合理利用間隔墻面來安放相關豎向構件，防止與室內功能發生沖突。通過抗側力進行調整剛度中心，布置靈活，設計方案適用性高，并且部分作為連接的梁，易于隱蔽，剪力墻整個結構顯得較為緊湊，提供建筑內部室內空間的美觀[1]。

2 高層建筑剪力墻設計結構優化措施

高層建筑的剪力墻的設計方案一般要根據高層建筑的內部結構分布進行布置，一般來說，多用于沿主軸進行雙向布置，區域較大的空間可以使用多向布置，在布置剪力墻的過程中，要注重墻體與墻體本身的連接，一般以工字型、T 字和L字為常用結構，幫助構建強固的空間結構。剪力墻最重要的作用就是防震，在高層建筑的應用中，合理保障剪力墻的空間性能[2]。

2.1 合理配置剪力墻暗柱鋼筋

高層建筑剪力墻的設計人員在規劃具體方案時，對于不同等級的剪力墻都需要與之對應的梁柱，通過設置相應的暗柱和端柱，能夠有效增強剪力墻的抗震和受力，并且提升其邊緣的延展性，能夠防止一定范圍內的拉伸損壞，保障建筑結構的安全性。

2.2 合理的布置剪力墻結構

設計人員在設計剪力墻結構的過程中，要依據科學合理的方式完成剪力墻結構承載力提升的工作，尤其是提升剪力墻水平方面的承載力。首先需要優化剪力墻結構的計算方式。比如，存在數量比較多的填充墻，就需要將參數范圍控制在0.9-1.0，如果填充墻的數量不足，則需要確保參數設置為1.0，通常來說，填充墻與剪力墻墻體的剛度和強度有關，剛度越大，則對填充墻的作用力越小。如果選擇短肢剪力墻，則需要考慮到短肢剪力墻結構的抗震性能不足，在高層建筑中的應用需要增加提升穩定性的防護措施。在方案設計時，不但要確保整體建筑結構的實用性，還要保證實際施工時剪力墻布置的靈活性。必要情況下，可以通過調整建筑結構，讓剪力墻能夠有效支撐，減輕建筑結構的重量。在布置剪力墻結構的過程中，可能會出現一些獨立的小墻肢，這就需要設計人員在設計的時候做合理的開孔工作，避免剪力墻結構中出現單獨墻肢，增加建筑施工的難度，給施工人員帶來不便[3]。當然，設計人員也要遵循剪力墻位移方面所限制的相關要求，在增大建筑墻肢和連接梁之間抗剪能力的同時，減少截面設計的難度。

2.3 合理控制剪力墻結構參數

相比于普通建筑，高層建筑結構的由于承重荷載較大，并且受層高因素影響，諸多不可抗力都會對高層建筑的安全性有一定負面影響，因此設計人員在設計剪力墻結構時，對于參數的設置要注重實際，在設計過程中要進行判斷，確定結構位移比以及周期比，核算相關的數據資料，當剪力墻自身結構受外界不可抗力因素影響而出現數據偏差時，也要保證差值的補足措施到位。

2.4 優化剪力墻超筋處理方案

在部分框支剪力墻結構中經常會出現轉換層上一層剪力墻老是超筋的情況，而且一般都是水平筋超，也就是抗剪超。其根本原因是由于PKPM 中框支梁采用梁單元模擬，上部剪力墻采用墻元模擬，梁單元與墻單元的連接情況與實際情況不符造成的。真實情況是轉換層上一層剪力墻水平剪力比計算結果要小很多，因此PKPM 的計算結果是不太合理的。解決辦法有兩種： 采用墻元模擬框支梁，即框支柱和框支梁用剪力墻開洞的方式生成。或是通過框支梁仍然用梁單元模擬，但將轉換層分成兩層建模。上部標準層計算結果以轉換層上第二層計算結果為準[4]。

2.5 優化轉換層的結構設計

轉換層的結構設計一般情況下是根據高層建筑的樣式設計來判定的，不同部位與設計的使用功能有所差異。高層建筑底層多為商用要求大空間，上部為住宅要求多墻多柱的小空間，因此常常需要采用一定的結構形式進行轉換處理，以滿足建筑上下部結構的不同要求。轉換層即是建筑物中進行結構轉換的樓層，它是建筑物上下層不同結構形式相連的關鍵點，在整個建筑結構中有著重要的作用。由于其所處位置的特殊性和重要性，轉換層施工難度較大，對施工技術要求較高，合理應用一次性支模、荷載傳遞法支模、疊合澆筑法支模、埋設型鋼法支撐等多種技術方法有針對性地進行對應操作，以提升施工質量。

3 結語

綜上所述，高層建筑結構設計中，要重視剪力墻結構。當前剪力墻結果設計中依然存在一些問題，為了提高建筑結構質量，就需要不斷地優化剪力墻的結構設計，使得剪力墻結構設計水平有所提高。設計人員要不斷提高專業技術水平，完善剪力墻結構設計工作方案，為提高建筑工程整體質量創造條件，促進建筑行業更好地發展。