關于高層建筑中剪力墻結構應用的探討

張磊

摘? ? 要：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，剪力墻結構的設計與應用受到了建筑行業的高度重視，剪力墻結構主要作用是抵抗水平向壓力及豎向壓力，從而有效的避免各種自然災害對建筑物造成的損害。接下來本文就高層建筑中剪力墻結構的應用進行分析，從而提出一些合理化的建議。

關鍵詞：高層建筑;剪力墻結構;結構設計

1? 引言

剪力墻 （shear wall）又稱抗風墻或抗震墻、結構墻。建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{重力}的墻體。防止結構剪切破壞。將墻體設置于建筑中的適當位置時，它們之間就可以形成一種有效抵抗水平作用的結構體系。剪力墻是高層建筑中不可或缺的一部分，能夠抵抗各種荷載引起的內力，還能使室內空間合理布局，在進行設計時一定要考慮其經濟性、科學性、合理性，充分發揮其作用。

2? 框架剪力墻結構的特征

2.1? 框架剪力墻結構的受力特征

框架剪力墻結構主要由框架與剪力墻兩部分組合而成一種新的受力形式，與傳統建筑結構形式具有很大的區別，在建筑低下的樓層，一般情況下剪力墻的位移比較小，變形的特征是拉著框架按照彎曲的曲線變形，并且能夠承受大部分的

水平力。而建筑上部分結構則會發生較大的位移，并且具有外側的趨勢，但是因為框架具有內收的趨勢，框架拉剪力墻按照剪切型曲線變形，除了要承擔外荷載產生的水平力，同時還承載了將剪力墻拉回的附加水平力。針對此特點，對于獨立的框架剪力墻結構，可以將其看作為獨立垂直于地面的懸臂梁，受力變形特征

為彎曲型，并且層間變形特點為上大下小。

2.2? 框架剪力墻結構的剛度特征

通常情況下，當剪力墻基底的彎矩達到總彎矩的23%左右，我們就可以認為框架剪力墻結構的受力性能已經近似與純框架結構了，這個時候，就應當要按照框架結構來對抗震等級進行劃分，并采取相應的結構措施。而當剪力墻基底的彎矩達到總彎矩的80%左右，也就是當框架部分承擔總彎矩的20%左右時，其框架自身所具備的剛性也會不斷的縮小，這時則必須要采取相應的措施對結構進行強化，從而達到抗震、減震的目的。

2.3? 框架剪力墻結構的抗震等級特征

在框架剪力墻結構的設計當中，框架剪力墻結構的抗震等級應當按照《建筑抗震設計規范》、《高層建筑混凝土結構技術規程》進行確定，并遵循相關的規定對剪力墻剛度和框架剛度之間的比例進行合理的設計。

3? 剪力墻結構在建筑物中的設計原則

3.1? 墻體受力

剪力墻結構的主要施工材料為鋼筋混凝土，在以往的高層或多層建筑中，多設計為框架結構，剪力墻結構設計的應用，能夠通過鋼筋混凝土結構承載建筑內力，確保建筑整體的水平承載力。剪力墻結構設計需要科學計算墻體受力狀況，深入分析墻體結構的各部位受力因素，由于建筑項目中墻體屬于平面構件，因此需要多個方向受力，無論是水平剪力還是豎向壓力，都需要在設計中充分計算，確保設計完成之后墻體能夠承受各個方向的剪力，使墻體強度達到建筑項目的實際要求和標準。

3.2? 墻體搭接

剪力墻結構是一種特殊的結構形式，該結構在同一平面需要承載的壓力、剪力以及剛度都相對較大，平面外的壓力、剪力、剛度則相對較弱，由此墻體搭接就尤為重要。若剪力墻結構與梁體結構直接連接，很可能出現平面外彎矩增加的狀況。剪力墻結構設計應該注重平面外剛度、承載力的計算和驗算，確保驗算結果與剪力墻承載的實際要求一致，若沒有經過精確的計算貿然連接墻體，則很可能為整個建筑留下安全隱患。防止平面外連接隱患是剪力墻結構設計的重要原則，若特殊情況難以避免，應該在保障建筑質量的前提下，按照相關的要求和規定設計加固措施，進而提升剪力墻平面外的穩固性。

3.3? 超限控制

超限控制和調整是剪力墻結構設計的核心要素，主要體現在連梁設計中。在設計過程中，連梁跨高比應大于2.5，否則很有可能會出現剪力和彎矩超過標準限度的情況。但并不代表著剪力墻結構跨高比越大，那么結構性能也就越為良好。根據以往設計經驗了解到，當剪力墻結構的跨高比值在5～6 范圍之內時，剪力墻結構就會出現異常情況，對建筑工程質量造成不良影響。在實際設計過程中，要結合工程項目的實際狀況，按照相關的要求和標準展開設計，通過科學的計算和調整，避免剪力超限，同時也能一定程度的減少造價成本。

4? 高層建筑剪力墻結構的優化設計策略

4.1? 剪力墻結構抗震能力的設計

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。隨著高層建筑剛性強度的增加，它的抗震能力也隨著增加，但是成本投入也比較大，因此我們要對高層建筑進行合理的設計，爭取做到“低消耗、高效益”。接下來從兩個方面來談一談如何做到“低消耗、高效益”：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，只有更深入的了解剪力墻結構的設計，才能全面提高高層建筑的實用性。

4.2? 合理處理邊緣構件

剪力墻的邊緣構件有兩種，分別是構造型邊緣構件和約束型邊緣構件，在設計時應根據建筑的具體結構形式進行選擇。針對那些底部位于加強部位上的和不具有抗震性能的高層建筑的剪力墻應該選擇構造型邊緣構件，針對那些位于加強部位以及高層建筑和重荷載下墻體的軸壓比平均值大于或等于所規定的數值時，一般選用約束型邊緣構件。

4.3? 剪力墻結構的厚度與配筋

根據高層建筑混凝土結構技術規程的相關規定，剪力墻的截面厚度應符合下列規定：剪力墻的抗震等級為一、二級時，底部加強部位厚度不應小于200mm，其他部位不應小于160mm;一字形獨立剪力墻底部加強部位不應小于220mm，其他部位不應小于180mm.剪力墻的抗震等級為三、四級時，不應小于160mm，一字形獨立剪力墻的底部加強部位尚不應小于180mm。對剪力墻結構進行配筋處理時，剪力墻豎向和水平分布筋的配筋率，一、二、三級的均不應小于0.25%，剪力墻的豎向和水平分部鋼筋的間距均不宜大于300mm，直徑不應小于8mm。剪力墻的豎向和水平分部鋼筋的直徑不宜大于墻厚的1/10。不同部位的邊緣構件配筋率不同，以此來確保各部分結構的剛性強度和抗壓性。另外，高層建筑物中剪力墻主要抵抗水平方向的壓力，因此一般情況下水平方向的鋼筋鋪設在外側，豎直方向鋼筋的鋪設在內側，以此提高建筑物抗側移的能力。除此之外水平方向鋼筋的鋪設可以提高剪力墻的耐高溫性。對于一些建筑中面積較大的墻體，它的剪力墻配筋率要高一些，特別是大型建筑的連梁和一些受熱比較大的墻體，以此來確保高層建筑中剪力墻使用的穩定性。豎直方向提高混凝土配筋率是為了減小建筑墻體出現彎曲變形、扭曲變形的可能。

5? 結語

綜上所述，剪力墻結構在高層建筑的應用十分廣泛，不僅能優化建筑結構的設計，還能夠保證建筑結構的穩定性與安全性。盡管應用廣泛，但是剪力墻結構的設計仍然存在著許多問題，我們應該對其進行分析，根據實際情況提出相應的優化措施。完善剪力墻的結構設計，保證剪力墻結構設計質量。

參考文獻：

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[2] 馬紅艷.高層民用建筑剪力墻結構設計[J].科學時代，2015（5）：65～66.