分析高層民用建筑剪力墻結構設計特點及其優化策略

文/文善任 湖南省建筑科學研究院有限責任公司 湖南長沙 410000

現階段，高層建筑的建設不斷增加，促使剪力墻結構被廣泛應用。其具有較強的抗震性能，而且建設使用的鋼材料量小，經濟效益明顯，同時結構不會漏出梁柱，美觀性較好。目前來說，采用的剪力墻結構，主要類型如下：1）整體型剪力墻；2）小開口整體型剪力墻；3）聯肢墻型剪力墻等。現結合工程實例，分析高層民用建筑剪力墻結構的設計特點。

1、項目概述

以某高層建筑項目為例，其基本情況如表1所示。此建筑的基本風壓為0.40kN/m2，建設場地類別為Ⅲ級，建筑基礎設計等級為甲級，按照8 度抗震設防，其余指標情況如表2所示。現結合此實例，分析高層民用建筑剪力墻結構的設計特點，總結設計優化策略。

表1 建筑工程基本情況

表2 建筑指標基本情況

2、高層民用建筑剪力墻結構設計特點

2.1 設計難度大

從剪力墻的結構角度來說，主要是由縱向剪力墻和橫向剪力墻以及樓蓋組成，屬于常見的高層建筑空間結構，被廣泛應用。因為縱向剪力墻和橫向剪力墻實際應用時，要求形成較強的剛度，在水平方向產生較小的位移。剪力墻的應用，其自身的抗震性能以及抗風性能優越，對承載力要求很高，因此剪力墻結構整體具有緊湊的特點，增加了設計的難度。

2.2 設計要求高

從高層民用建筑的角度來說，其建設的質量和安全要求較高，因此對結構設計提出了較高要求。在具體實踐中需要設計人員能夠結合建筑功能情況，合理選擇剪力墻結構布置方案，嚴格按照結構設計要求，做好剪力墻結構的設計優化，尤其是細節的優化，確保設計方案的合理性和科學性。在具體設計時需做好以下要點的把控：1）水平荷載。建筑的結構特性和建筑自重及附加荷載產生的軸力等，有著很大的關系，同時和樓房的高度呈現正比關系。一般來說，高層建筑自重和荷載，比如豎向荷載，存在著比值關系，這和建筑結構特性有關，建筑使用過程中可能會出現變化。2）軸向變化。高層建筑結構設計時，需要注重建筑豎向自重荷載的把控，以免建筑使用時產生軸向變形，給連續梁彎矩造成影響[1]。

3、高層民用建筑剪力墻結構設計優化策略

3.1 合理布置剪力墻結構

從剪力墻結構設計的角度來說，若想要實現設計的優化，要注重合理布置剪力墻結構。在具體設計中做好以下要點的把控：1）精準區分普通剪力墻與短肢剪力墻的差異。一般來說，普通剪力墻指的是墻肢長度和厚度比不小于8 的建筑剪力墻，也就是200mm 厚度的剪力墻，設置的墻肢長度不小于1600mm。設計的短肢剪力墻，其主要為截面厚度小于300mm，同時各墻肢截面高度和厚度比值在5-8 范圍內的剪力墻。相比普通剪力墻，短肢剪力墻的抗震性能較弱，因此設計時要結合建筑工程建設區域和工程地質情況等，合理選擇剪力墻形式。2）設計的剪力墻結構，要避免設置獨立小墻肢。因為此類墻肢的存在，增加了建筑施工的難度，因此有必要合并孔洞。3）剪力墻結構設計實踐中要確保結構整體的剛度。在開展設計時要做好自振周期的把控，使其處于0.05n-0.08n，n 指的是結構總層數，進而保證結構的性能[2]。精準計算建筑剪力墻的剛度參數，同時確保剛度以及剪力墻層數相互匹配，擴大建筑內部的有效使用空間以及承載力。除此之外，要注重混凝土的控制，按照位移極限規范，合理增強建筑墻肢和建筑連梁之間所具有的抗剪性能，有效降低截面設計的難度系數。

3.2 優化剪力墻的平面布置

從建筑剪力墻平面的優化設計實踐來說，要做好以下要點的把控：1）保證平面的對稱性。建設的剪力墻必須要順著中心軸線，做好對稱性的把控，保證設計的合理性，促使墻體重心能夠和建筑結構剛度中心盡可能重合，以此減少扭轉。2）布置的剪力墻不可以過密，建議多設置均勻長墻，墻體長度小于等于8m，少布置短墻，同時墻肢的厚度應該沿著高度合理變化。3）堅持強周邊和弱中部的原則，優選L 形平面和T 形平面以及十字型平面，盡量少布置復雜的平面，最大程度上保障剪力墻結構的整體穩定性，同時保持側向剛度的合理性。堅持周邊和對稱以及封閉的設計原則，來布置剪力墻，保證平面剛度以及抗扭剛度達到最大，增強建筑物結構的整體抗震效果。若想保證建筑建設的經濟效益，必須要做好各個墻肢的軸壓比把控，盡量接近相應結構抗震等級軸壓比限值[3]。

3.3 做好墻身設計的優化

從剪力墻結構設計實踐的角度來說，進行設計優化，要注重剪力墻數量的優化和厚度優化。剪力墻結構優化設計，必須以保證結構整體的性能為前提，最大程度上降低建筑建設的造價，做好初步設計質量的把控。設計剪力墻施工圖紙時，要注重配筋方面的優化設計，最大程度上確保墻身水平鋼筋和垂直鋼筋相互匹配，促使斜截面與正截面的抗剪承載力能夠和受彎承載力相互結合。嚴格按照建筑剪力墻結構設計規范，優化布置暗柱以及端柱，積極完善各級結構抗震措施，促使建筑結構的整體穩定性得以提升。除此之外，對于建筑結構墻身的設計，必須要注重鋼筋間距的把控，進而確保建筑墻身設計的整體質量。堅持選擇小直徑但是高強度的鋼筋原則，進行結構設計的優化，將建筑墻身的計算結果把控在建筑構造配筋范圍內，達到最小配筋率的基本要求。如果高度很高加之平面規則性很差，對此結構進行優化設計時，結合實際情況，合理增加鋼筋配筋率，把控在相對很小的幅度范圍內，相比最小配筋率略高即可。

3.4 做好邊緣構件的優化

一般來說，剪力墻邊緣構件主要分為約束邊緣構件以及構造邊緣構件。其中，約束邊緣構件使用的配筋比較多。在設計時若剪力墻軸壓比超過相應數值以后，若想達到1-3 級抗震要求，建設的剪力墻底部加強區以及上層，建議布置約束邊緣構件，其余樓層布置構造邊緣構件。結構設計時需要依據底部加強位置以及非加強位置的具體情況，合理區分配筋，適當設置邊緣構件過渡層，同時要滿足各等級抗震以及不同抗震設防烈度要求下的剪力墻抗震措施[4]。

結語：

綜上所述，高層民用建筑剪力墻結構設計合理性和科學性，直接影響著建筑結構的使用性能，因此要做好嚴格的把控。文中結合實際案例，總結了設計優化的把控措施，分享給相關人員參考。