淺析高層建筑剪力墻結構優化設計

谷凌飛

摘 要：在城市發展中，高樓大廈林立，成為重要的風景線。為了滿足人們對建筑工程質量和應用功能的具體需求，在建筑結構中合理應用剪力墻結構，能夠提升建筑墻體的應用效率以及施工質量，滿足現代化建筑行業在設具體發展過程中的實際需求。剪力墻結構在實際應用過程中，具有不錯的抗震能力，同時還具有用鋼量小等特點，因此得到了廣泛應用，但是其在設計過程中存在對應問題，因此，加強對該項內容的探討是必要的。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻結構；優化設計

1 引言

近幾年來，隨著城市化進程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結構的設計和應用受到了建筑企業的高度重視，剪力墻結構設計主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災害帶來的水平荷載。

2 剪力墻的內涵

剪力墻作為建筑結構中常用的一種構件，也被稱為抗風墻、抗震墻或結構墻。剪力墻在建筑物中的科學應用，主要用來承接風荷載或當發生地震時，承載水平荷載。依據剪力墻洞口大小、數量多少、排列措施等要素，可劃分為不同類型。一是整體墻，當門窗洞口面積的總和小于剪力墻面積的15%，且洞口邊長尺寸小于洞口之間凈距及孔洞和墻邊之間的凈距，則被稱為整體墻。二是框支剪力墻，若建筑低層對空間的需求量略大，利用框架結構，承載上部剪力墻結構。在地震高發區域，設計人員在制定建筑結構設計方案時，不宜僅采用框支剪力墻結構。三是壁式框架，洞口尺寸偏大，連梁線剛度和墻肢線剛度相互貼近的墻體被稱為壁式框架。不同框架結構適用于不同建筑要求，設計人員要結合實際情況及建筑施工要求，制定適宜的建筑結構設計方案，以提升整體建筑工程質量。

3 剪力墻結構設計原則

3.1 雙向或多項布置

在進行剪力墻設計時，最好采取雙向或多項布置，在實際布置過程中，最好順著主軸方向，若建筑結構中，剪力墻的方向存在差別，應盡量連接在一起，避免出現拉通或對直情況，以免對建筑結構的整體穩定性造成不良影響。在對剪力墻進行抗震設計時，應當盡量減小側向剛度，其中最為重要得一項內容就是要保證墻肢結構簡單，同時要依據相應的規則，完成各項操作。在進行剪力墻設計過程中，需要設計人員特別注意的一項內容是，在進行雙向或多項設計時，各項設計內容都應當沿著主軸方向進行，特別是在抗震設計時，不得出現單方向墻體，只有這樣才能確保剪力墻在建筑工程中的結構能夠得到應用。

3.2 上下對齊，成列布置

在設計剪力墻時，剪力墻的洞口以及門窗應當保持上下對齊，同時在布置上應當成列進行，并且在實際設計過程中，不得對疊合的錯墻洞進行應用，進行這樣要求的主要原因是，避免剪力墻的承重力受到影響，導致墻體發生變形，影響墻體能。

4 高層建筑剪力墻結構優化設計

以某高層建筑剪力墻結構設計為例。此建筑為地上25層、地下2層的大空間商業住宅，建筑結構采用框支剪力墻結構，整體結構主體高度達到了85m，抗震設防烈度為7。在建筑底部設有加強區與非加強區，其中加強區域內框支架抗震等級為3級，整體剪力墻抗震等級為4，而非加強區內所設剪力墻抗震等級為5。建筑項目所在場地類別為Ⅱ類，且地基基礎設計為乙級別。

4.1 暗柱鋼筋配置

按照國家相關規定，在對一、二、三級剪力墻進行設計時，需要設置端柱與暗柱，以對地震波能量進行消耗，保證剪力墻結構整體抗震性能。設計人員要對剪力墻邊緣構件抗拉能力進行合理運用，以對建筑穩定性進行保證。例如本次建筑在進行建筑剪力墻結構設計時，就因為對科學對暗柱鋼筋進行了設計與運用，使得建筑各方向荷載抵抗能力都得到了切實增強，建筑抗震能力得到了切實提升。

4.2 連梁部分設計

連梁超筋處理是剪力墻結構設計重點，如果連梁出現剪切變形問題，就會對整體建筑堅固性與實用性產生直接影響，所以設計人員需要對該部分設計予以高度重視，要對連梁超筋問題進行合理設計。在具體設計過程中，設計人員一方面要明確，剪力墻最為重要的特點，就是具備一定的抗地震能力，所以在進行連梁彎矩與連梁剪力設計時，要對兩者可塑性與可調幅性進行保證；另一方面要在條件允許情況下，降低剪力墻連梁截面高度數值。

因為連梁具有提升剪力墻剛度以及連接墻肢的作用，所以設計人員要做好連梁剛度調整與計算工作，要適當對連梁剛度進行折減，以對高層建筑結構抗震性能進行保障。在對連梁折減進行計算時，設計人員要按照建筑綜合情況，做好折減值控制，一般建議應將折減值控制在0.5以上，且應保持在0.5～1.0的范圍之內，以對其狀態進行保證。在實際進行調整時，很有可能會因為各方面因素的影響，而出現在對連梁剛度折減也無法調整到預期目標的情況，會造成剪力墻結構抗震性能不達標的問題，此時設計人員可通過對適當減小連梁剛度以及降低連梁高度等方式，降低地震對于建筑物所造成的影響。

4.3 平面與結構布置

4.3.1 平面布置

平面設置工作與剪力墻后設計規則性、承載力與剛度分布、結構穩固性等，都有著直接關聯，如果設計不當很容易會出現承載力與剛度部分不均以及結構發生扭轉效應等方面的問題，墻體會出現不同程度的彎曲與變形。所以設計人員要對該部分設計予以高度關注，要按照設計要求與剪力墻設計整體規劃，做好剪力墻平面布置工作，保證房屋結構平面設計規則程度，確保整體布局合理性。此外還要對內外墻體連接設計進行優化，要對墻體截面規則性進行保證。

4.3.2 結構布置

由于剪力墻需要對側向壓力程度進行維持，所以需要實施連續性的豎向布置工作，要通過設計洞口的方式，完成相應布置工作，且在進行洞口布置時，要做好加固工作，以防出現墻體坍塌問題。

在剪力墻延中軸線進行雙向均勻分布過程中，其質量中心與剛度中心會處于較近的距離，能夠起到對地震能量進行適當減小的目的，可以有效避免內部結構出現扭曲問題。在進行具體格局布置過程中，要盡量避免使用“一”字型墻肢，應加大對L型或者T型結構的使用。因為剪力墻自身具備一定重量，所以設計人員應對其重量展開合理控制，以對可用空間進行進一步拓展，確保結構密度、剛度都能與相應標準相符。此外，在進行剪力墻上部洞口設置時，可將其成列進行分布，以對連梁力量進行均衡分布，確保整體設計效果可以達到最優。

4.4 抗震能力設計

高層建筑中剪力墻結構的設計對抗震能力起著關鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強度比較大，完全可以抵制小型地震。①控制剪力墻結構水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規定的位移限制值。②地震力的控制；當地震力較小的時候，剪力墻結構的抗震能力和結構位移值會出現滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對位移、內力、配筋進行合理的設置才有意義，同時還要調整剪力墻結構底部的剪力系數，只有深入了解剪力墻結構的設計，才能全面提高高層建筑的實用性。

5 結語

綜上所述，剪力墻結構在高層建筑的應用十分廣泛，但剪力墻結構的應用在實際設計中總是會受到許多不利因素的影響，促使剪力墻結構在高層建筑施工中會出現一些問題，所以相關工作人員要選擇一個最佳的剪力墻設計方案，在施工過程中加強管理力度，為提高高層建筑質量和安全性提供了有力的保障。

參考文獻：

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