高层建筑剪力墙结构的概念设计及优化

段陆阳

摘要：随着人们经济能力的提高，对于生活中的各类物件的要求也在不断的提升，不过最受关注的仍是安全方面的问题，尤其是居住环境的安全保障。这样就给建筑结构设计人员无形中增加了一定的压力，必须要对自身建造出来的建筑予以充分的重视，从多个方面去综合评定，不论是具体的材料应用，还是整体的结构框架，或者是整个建筑的总体抗震性能等等。对此，本文结合相关资料，从高层建筑剪力墙结构设计方面着手，提出几点对于此类设计的优化措施，以便于建筑设计人员作为借鉴。

关键词：高层建筑、剪力墙结构、优化、措施

引言

在调查研究过程当中，对于高层建筑剪力墙结构的关心程度早已提升到一个很高的层面。在这些研究人员当中，较为重视的就是如何将剪力墙存在的缺点予以改进，在最大限度上将工程施工的经济成本控制在最低，将工程质量提升等。结合这些研究，笔者做出以下分析：

1 对于高层建筑剪力墙结构的概念设计

对于一幢建设较为成功的高层建筑而言，其应当有着能够承受建筑内所有重力负荷并保持稳定的作用，并且还需要对于自然界给予的压力有着一定的承受能力，诸如风荷载，地震作用等。进而保证整个建筑的稳固以及建筑内部的各类装饰或者墙体的安全，最后提供给在内生活或工作的人们一个良好的环境。

同一般结构的建筑相比，高层建筑在水平方向的荷载以及受地震的影响要大得多。并且，在建筑高度增加的同时，位移增加也会加大，而弯矩次之。所以对于高层建筑设计而言，承载能力是关键，较大的抗侧刚度也是必不可少的部分，这样就能够保证水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内。基于此，剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型，其承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。并且具有整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置等优点，正好在这方面予以运用。

在构建地下室或者下部一层、几层，需要大空间时就可以形成部分框支剪力墙结构。在框架-剪力墙结构以及剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。受益于剪力墙结构的优点，能够建造出比框架结构更高、更多层数的建筑。只是还要考虑其存在的不足，也就是只能以小房间为主，比如住宅、宾馆、单身公寓等。同时，宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等，往往设置在另外的建筑单元中。并且为了适用任何方向的水平力（或地震作用），因此对于矩形平面，剪力墙在纵横双向均应设置；对于圆形平面，剪力墙应沿径向及环向设置；三角形平面，宜沿三个主轴方向设置剪力墙。

2 剪力墙的优缺点

2.1 剪力墙的优点

对于剪力墙的优点而言，主要体现的方面在于有着很强的整体性以及用钢量小却刚度大等，这样就决定了其能够在高层建筑中得到大范围的运用。而且，当墙体采用剪力墙结构时，能够让承重墙和分隔墙互为一体，整体上就显得较为经济，也就非常适用于诸如旅馆类多房间结构的建筑当中。同时，使用剪力墙结构，能够很好的保证建筑外形的美观性，能够避免露柱或者露梁的状况发生，也从另一方面使得室内空间得到拓展。

2.2 剪力墙的缺点

在对剪力墙的优点进行分析之后，若换成其他角度去考虑剪力墙的话，其还是存在以下几个缺点：

（1）受剪力墙自身具有很大抗侧刚度的影响，在地震中，剪力墙产生的反应也就会相应的增大，进而使得在剪力墙的上、下部结构上的资金成本增加，使得经济压力加大；

（2）此类墙体所浇筑的内容主要的还是混凝土，这样其本身所具有的重量就会很大，无形中造成了材料的浪费，也会使得建筑在地震之中的反应加剧；

（3）运用剪力墙结构，虽然每个墙肢在承载能力上有一定的承受能力，但是这些墙肢所具有的轴压并不大，因此使得应有的性能难以很好的发挥。

3 对于剪力墙结构方案的选择

不论选择何种剪力墙结构方案，仍需要以建筑结构的施工安全得到了保障之后为前提，并且还需要对工程造价的高低进行充分考虑，尽量的择选出最适合高层建筑的结构形式。而在框支剪力墙的结构当中，选择短肢剪力墙结构也比较不错。在框支剪力墙的结构中，为使上下层的刚度变化适度，能够利用短肢剪力墙结构，这是由于它对剪力墙的刚度有所缓解。比如使用加大下一层的刚度，产生的经济效益则会比较明显。假如高层建筑物的层数在18以上，最佳的选择方式还是普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中，会导致其刚度不达標，从而导致结构的安全性能也受到其影响。

4 对于剪力墙结构的优化设计

4.1 加大对转换层结构设计的重视程度

当前，居民们都希望自身所居住的建筑能够拥有多种功能，这也是建设人员需要考虑的问题。但是，当前的高层建筑往往有着较强的综合性能，特别是在使用的方面，上下部的机构并不相同。所以，就需要对对应的变化在选择高层建筑物自身的结构布置时进行充分考虑。

对于剪力墙结构的设计的重视，是考虑到在高位转换的底部大空间当中，其结构相对复杂。并且在进行高位转换时，刚度以及质量较大的转换层升高，有效的将其本身与上下的刚度调整到接近的地步也相当有必要。不过对于转换层自身来说，其质量以及刚度都不适宜较大，在最终时，是否能够确保转换层附近的层间位移角基本达到均匀的情况，就需要在水平作用力的作用之下，进行空间精确分析，检查其均匀情况。

并且在采用转换层结构形式时，在选择上，偏向于重量与刚度皆偏小的材料，在实际的计算中，对于参与到了组合的振型数需要多多的进行选择。通过计算，我们能够计算出在结构当中，哪一部分才是最薄弱的，然后再通过内力分配特点的具体研究，改善薄弱部位的设计性能，适当的对于构件的配筋进行相应的调整，从而达到改善薄弱部位性能的目的。

4.2 改良连梁设计

对于连梁的抗震以及非抗震的设计时，其高跨比存在大于或者小于2.5两类，而且对于截面配筋以及受剪承载力两个方面都有了相应的规范。而可以使用以下两种方式针对塑性调幅：

（1）在进行内力计算之前，就需要拆减连梁的刚度；

（2）在进行内力计算之后，连梁的剪力与弯矩的组合值还需要乘上一个折减系数。

5 结语

结合以上所述，设计人员在对高层建筑结构当中的剪力墙结构的设计时，应当先要对其本身的概念要有较为深入的认识，并可以借鉴以上几点的论述，来对概念性的剪力墙结构进行优化，以便能够建出更加符合当前社会要求的建筑，方便人们的生活。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）

[2] 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）

[3] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）

[4]门进杰，李慧娟，史庆轩，贺志坚，王顺礼，周琦.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师，2013，03：1-10.

[5]王和平.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].四川建材，2008，05：85-86.

[6]谢向鹏，李献军，高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].中国建筑金属结构，2013，24：175.

[7]王昉.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].科技致富向导，2014，20：282+284.

[8]张东海.高层建筑剪力墙结构设计的优化措施[J].四川建材，2014，04：34-35+37.