浅析高层建筑剪力墙结构优化设计马海民

浅析高层建筑剪力墙结构优化设计马海民

马海民徐长领

山东盛合电力工程设计有限公司山东济南250101

摘要：随着我国经济的不断发展，带动了现代化建设事业的发展，尤其是高层民用建筑已经成为当前城市建设的一项主要工作，通过建设高层民用建筑可以在一定程度上缓解土地和人口之间的矛盾。其中，剪力墙作为高层民用建筑的重要结构形式，具有防震的作用，可以在一定程度上提高建筑的安全性能，所以在实际的建筑工作当中一定要重视对剪力墙的设计。

关键词：高层民用建筑；剪力墙；结构设计

引言

随着城市化的不断推进，城市建筑物的规模越来越大，为了节约城市土地，提高城市空间利用率，城市内的高层建筑不断增加，且高层建筑的高度也在不断增加，因此高层建筑物的质量越来越受到人们的重视，然而剪力墙结构在高层建筑中也得到了广泛的应用。在建筑结构设计中采用剪力墙结构设计，不仅可以降低用钢量，建筑工程的成本也会相应降低，另外，剪力墙的整体性能比较好，其刚度越大，建筑物整体性就越好，剪力墙的刚度对各种类型的荷载有一定的抵挡作用。高层建筑结构设计中合理使用剪力墙结构设计，将分隔墙与建筑内部的承重墙结合，保证建筑物内部空间安全，且提高美观度。

1剪力墙设计概述

1.1剪力墙设计原则

剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度，其布置应符合下列规定：（1）平面布置宜简单、规则，宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置。特别强调在抗震结构中，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向刚度接近。（2）宜自下到上连续布置，因剪力墙的抗侧刚度较大，如果在某一层或几层切断剪力墙，易造成结构刚度突变。（3）门窗洞口宜上下对齐、成列布置。规则开洞、洞口成列、成排布置，能形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普通应用程序的计算见图较为复核，设计计算结果安全可靠。

1.2剪力墙结构的设计特点

为了剖析高层民用建筑剪力墙结构稳定性设计的特点，有必要认识民用建筑的结构与剪力墙的混凝土结构。通常来说，高层民用建筑纵向和横向承载力与结构的设计有关，剪力墙结构形状增加了结构的稳定性，结构设计时应考虑到墙体结构抗震性能和自然摆动性能，以防止变形，因此剪力墙结构设计具有良好的稳定性。

2高层民用建筑剪力墙结构的设计及优化

2.1剪力墙结构优化计算

2.1.1对楼层最小剪力系数的调整

短肢剪力墙承受力应满足必要的条件，要求地震倾覆力矩的第一振动模式低于40%的条件下，剪力墙的设置数量也要减小，扩大剪力墙布局空间，使剪力墙结构具有适当的侧向刚度，将楼层最小剪力系数最大程度地减小，按照相关的规定设定。在剪力墙的布置上，如果空间比较大，剪力墙结构就要注意合适的横向刚度，使楼板最小剪力系数最小，使其接近规范，减轻剪力墙结构的重量，减少地震的作用，采用减轻剪力墙结构重量的方式，在地震的时候，输入的地震力减小，降低了建筑结构的破坏性，因此剪力墙结构施工的资金投入量也会减少，工程造价因此降低。

2.1.2层高和楼层最大位移比的调整

在高层建筑设计中，要严格按照相关法律规范执行，特别是高层建筑的设计规范要熟记于心，避免建筑结构设计不符合要求。在实际设计期间，设计人员要熟悉部件的强度，对于任何一个影响剪力墙结构的因素都要综合考虑，同时采用各种技术措施将产生扭曲变形的概率降低。对于构件的强度要全面考虑，各项参数要仔细分析，仅仅考虑层间位移是远远不够的，还会注意导致不良后果。在进行建筑结构设计中，如果设计人员没有掌握充分的设计专业知识，加之缺乏实践经验，当面对问题的时候，就不能及时采取措施解决。如果发现层间位移比不符合设计规定，采用主观臆断的方式，就必然会导致严重的后果。一些设计人员依靠增加构件的侧向刚度的方式解决问题，忽略了建筑结构的剪重比，这种做法是不可取的。比较科学的做法是，通过增加构件的横向刚度，在剪重相对较大的情况下，就要减小相应侧结构刚度，如果有地震发生，可以避免产生不良效应。

2.2合理布置剪力墙平面

剪力墙平面的设置应注意以下几点：首先，必须坚持剪力墙平面的对称性，剪力墙应该沿着中心轴线尽可能对称地规划，以便剪力墙的重心和整个结构的刚度中心可以最大极限地重合，从而减少扭矩。其次，剪力墙不宜布置太密，宜多均匀长墙（墙长≤8m），少短墙，且墙肢厚度应沿高度均匀变化。最后，“强周边，弱中部”，尽可能布置成L形、T形、十字形，减少复杂形状，有利于剪力墙结构的稳定性，并形成较好的侧向刚度。遵循“周边、对称、成对、封闭”的原则去布置剪力墙可得到较大的平面刚度和抗扭刚度，对建筑物的抗震也有很大的帮助。为得到较好的经济效益，各墙肢的轴压比宜基本接近并尽量接近相应结构抗震等级轴压比限值。

2.3优化转换层的结构设计工作

如今，高层建筑项目的建设逐渐向着结构功能多样性的方向前进，并且，高层建筑物在功能形式上也更具多样性以及复杂性的特点。在落实一些高层建筑结构设计工作的时候，不同部位的使用功能也将不同，因此，在实施设计工作的过程中，应该采取针对性的措施，通过进行具体置换构件的设置，来使建筑结构很好地衔接起来，也就是强化转化层的优化设计工作。在具体进行转换层结构形式设计的时候，需要控制转换层的刚度以及质量在合理的范围之内，并且要使用精确的计算方法，找到存在于转换层中的薄弱环节，根据实际的内力分配特征来优化设计工作，从而不断强化转换层的整体性能。

2.4对墙身设计环节的优化

做好剪力墙的墙身设计工作，是剪力墙结构设计中的重要内容，能够实现对整个建筑结构抗震性能的优化。剪力墙墙身设计工作的实施，需要合理布置钢筋，并且要确保结构中的竖向钢筋和横向钢筋之间能够合理搭配起来，并且实现正截面和倾斜面抗弯承载力与抗剪承载力的有效结合，确保验算工作的标准化程度。在具体落实各项设计工作的过程中，要严格按照相关规范进行，有效配置剪力墙的钢筋。并且对端柱以及暗柱进行合理布置，不断完善一级、二级、三级、四级抗震结构设计，全面提升建筑结构的稳定性。

2.5对剪力墙的连梁设计展开优化

连梁设计不仅可以提高建筑结构刚度，还可以减少侧向位移，对保证建筑工程的稳定性具有重要意义。然而，由于耦合梁剪力墙设计中的影响因素较多，这些因素将严重影响耦合梁剪力墙设计的质量，因此需要考虑影响因素的各个方面。例如，在实际设计过程中，如果连接梁的横高度很小，就不利于连接梁的结构稳定性，因为在反复荷载作用下很容易产生裂缝甚至破坏的现象，进而导致整个剪力墙结构的破坏，所以为了保证连接梁的实际延性，有必要选择较高的连接梁。此外，还要求设计者进行内力分析和计算耦合梁刚度降低，以有效避免耦合梁剪切破坏。

结语

对剪力墙的连梁设计展开优化连梁设计不仅可以提高建筑结构刚度，还可以减少侧向位移，对保证建筑工程的稳定性具有重要意义。然而，由于耦合梁剪力墙设计中的影响因素较多，这些因素将严重影响耦合梁剪力墙设计的质量，因此需要考虑影响因素的各个方面。例如，在实际设计过程中，如果连接梁的横高度很小，就不利于连接梁的结构稳定性，因为在反复荷载作用下很容易产生裂缝甚至破坏的现象，进而导致整个剪力墙结构的破坏，所以为了保证连接梁的实际延性，有必要选择较高的连接梁。此外，还要求设计者进行内力分析和计算耦合梁刚度降低，以有效避免耦合梁剪切破坏。

参考文献

[1]张天宇.高层建筑剪力墙结构的优化研究[D].兰州理工大学，2017.

[2]李霞.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[J].建材与装饰，2018（27）：84.