解析高层建筑剪力墙结构优化设计

郭星　马朝霞

（陕西法士特汽车传动集团有限责任公司陕西西安　710117）

解析高层建筑剪力墙结构优化设计

郭星马朝霞

（陕西法士特汽车传动集团有限责任公司陕西西安710117）

我国城市化进程的不断加快，极大的促进了城市建筑行业的发展。由于城市中，大量人口的涌入，使得土地资源越来越紧张，而高层建筑的发展正能够起到节约土地的巨大作用。因此，城市中出现大量的高层建筑。为了使得高层建筑能够有效的降低因地震等自然灾害对建筑楼体造成的影响，对高层建筑的剪力墙设计进行优化具有十分重要的现实意义。本文首先对高层建筑剪力墙结构进行了相关的分析，并对剪力墙结构优化设计的措施进行了一定的探讨，希望能够对相关人士提供一定的借鉴或帮助。

高层建筑；剪力墙结构；优化设计

1　引言

当前，剪力墙结构在高层建筑中得到了广泛的应用，这是由于剪力墙结构具有的各种优点所决定的，剪力墙结构具有较大的刚度，且其整体性也比较强，能够极大地降低因地震等自然灾害对高层建筑楼体造成的损害。通常情况下，在譬如旅馆等分间较多的建筑中对于剪力墙结构的应用会比较多。在建筑中应用剪力墙结构，能够将房间的承重墙与分隔墙合二为一，有效地节约了建筑空间，而且还能够使建筑的整体性与强度得到很大程度的改观。同时，设置剪力墙在高层建筑中，能够将室内的房梁等影响室内美观的结构隐藏起来，这对于室内的设计与布置是十分有利的。但是，剪力墙也有着一定的不利之处，这就需要相关工作人员了解高层建筑剪力墙结构的相关内容，并积极地采取措施对剪力墙的结构设计进行优化，从而使剪力墙结构设计中存在的不足得以很大程度的解决。

2　高层建筑剪力墙结构相关内容分析与概述

2.1高层建筑剪力墙结构的概念

随着城市发展进程的不断加快，高层建筑逐渐兴起并成为城市建筑的主流，因而提高高层建筑的稳定性与承重力具有十分重要的现实意义。现阶段，在高层建筑中应用较为广泛的一种墙体结构就是本文中所要描述的结构-剪力墙结构。该结构主要以钢筋混凝土为主要的原材料，为了使高层建筑楼层的承重力得以提高，其是通过承重板与纵向承重板之间的纵横交错来实现的。剪力墙结构在高层建筑中的应用，能够从很大程度上提高建筑的强度与稳定性以及其抗震的能力，与我国高层建筑发展的需要是非常相符合的。此外，剪力墙结构的应用，能够将高层建筑室内的房梁、承重柱等影响房屋整体美观的结构很好的隐藏起来，极大的提高高层建筑房屋的美观性，同时还能很好的节约室内的空间，能够满足人们对于高层建筑房屋的基本要求。

2.2高层建筑剪力墙结构的特点

众所周知，钢筋混凝土材料是高层建筑剪力墙结构的主要原料，因而，其具有高强度、高稳定性以及抗压性等优点。由于剪力墙结构的主要原料为钢筋混凝土，而其价格相对来说比较低廉，因而，在高层建筑施工的过程中能够极大地降低建材方面的成本，使建筑施工单位的经济效益与社会效益得到很大程度上的提高。剪力墙结构的应用能够避免建筑室内存在过多的承重，而且能够很好地将室内存在的承重柱以及房梁等结构隐藏起来，这对于建筑物室内空间的节约、建筑物整体的美观性以及其日后的设计与布置等具有十分重要的现实意义。然而，剪力墙结构的利用也有着诸多的弊端，例如，如果在高层建筑中使用过多的剪力墙结构，当发生较大震级的地震时，剪力墙结构的存在会使建筑出现巨大的反震力，降低高层建筑的安全性。此外，大多数情况下，剪力墙结构设计建造时所选择的钢筋混凝土的质量都比较低，这在一定程度上，会对高层建筑的质量造成较大的影响，并给居民的安全埋下极大的安全隐患。

3　高层建筑剪力墙结构优化设计的措施

对利用在高层建筑中的剪力墙结构设计进行一定的优化，能够从很大程度上促使建筑结构的受力情况达到平衡，极大地提高建筑物的稳定性，而且，对于高层建筑室内整体美观性的提高也具有十分重要的现实意义。

3.1剪力墙结构布置的优化措施

剪力墙结构主要以钢筋混凝土为主要的原材料，为了使高层建筑楼层的承重力得以提高，其是通过承重板与纵向承重板之间的纵横交错来实现的。在该结构设计进行优化的过程中，为了使其形成一定的空间结构，在对剪力墙结构进行布置时，应当使其沿着主轴方向或者是其他的方向进行，此时，剪力墙结构在承受建筑质量过程中能够从两个方向进行，而且这两个方面具有同样的强度。建筑物整体是否具有较强的稳固性，这一问题与剪力墙结构的一大特点——侧向强度大，有着十分重要的关系。因此，在对高层建筑剪力墙结构设计进行优化的过程中，应尽可能的使剪力墙结构的这一大特性得到最大程度的发挥。另外，为了使得剪力墙结构的侧向刚度增加，可以适当地对剪力墙结构的重量进行减轻，与此同时，增加剪力墙结构中能够有效利用的空间。

3.2剪力墙结构各组成构件的含钢量大小设计优化措施

在高层建筑施工建设的过程中，由于剪力墙结构所具有的诸多优势而受到广泛的利用。通过对大量实践案例的分析与探究以及相关工作人员的经验总结，目前，对于剪力墙结构各组成构件最适合的含钢量大小已经有了比较细致地总结。在此基础上，在剪力墙结构强度以及其刚度保持不变的情况下，使建筑工程的造价得以最大限度的降低，进而提高整个工程项目的经济效益与社会效益。含钢量经验值与单位面积钢筋量如表1～2所示。

表1　含钢量经验值统计表

对各种不同结构体系的用钢量的经验统计结果如表2所示。

表2　单位面积钢筋量（单位：kg/m2）

3.3对于剪力墙结构方案的选择

在高层建筑施工过程中，剪力墙结构方案的选择是否正确对于其设计优化十分重要，是其进行优化的一个重要的指标。在选择方案的过程中首先应该注意的是设计方案的是否合理以及其是否具有较高的安全性，同时，还要考虑到选择的设计方案中，剪力墙结构应该与高层建筑的稳定性与承重性相符合。另一方面，还要评定剪力墙结构设计的成本，从而使剪力墙结构的安全构造得以保证，并在基础上，最大限度的节约剪力墙结构构造成本。此外，剪力墙结构设计方案的选择还应该尽可能地满足高层建筑的整体结构设计以及其设计的用途。

3.4对连梁设计进行优化

对连梁的结构设计进行优化，应该在配筋以及截面受剪承载力这两个方面进行规范，这是在连梁普通设计，包括抗震与非抗震设计，高跨比小于和大于2.5这两种情况下所提出的要求。通常来讲，对连梁进行塑性调幅主要可以通过以下两种方式进行：①在内力计算之前折减连梁的刚度；②在内力计算之后将连梁的弯矩与剪力的组合值与折减系数相乘。总之，无论利用何种方式对其进行塑性调幅，都应该保证调整后连梁的弯矩与剪力设计值大于使用阶段的实际值，但是不能比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值低，从而避免高层建筑在发生较小震级的地震时就会出现裂缝的问题，对居民的安全造成威胁。

3.5对底部加强部位的设计进行优化

通常情况下，工作人员在对高层建筑的剪力墙结构进行设计的过程中，最底部分的高度可以取墙肢总高度的1/10与底部两层的较大值；对于高层建筑结构中，底部带有转换层的剪力墙结构，在框支层加上框支层以上两层的高度与落地抗震墙肢总高度的1/10这两个值之间，取较大值作为剪力墙底部加强部位的高度。在嵌固部位为地下室底板的情况下，在地震发生时，不仅会影响到地上的楼层，而且还会对地下的一层造成影响，因此应该切实提高地下一层的抗震强度，此时，底部加强部位的范围可以适当地延伸到地下一层，并按照规范的标准要求，设置一定的约束边缘构件在地下的一层中。

4　结语

高层建筑的整体性能由于应用了剪力墙结构而得到了较大的改善与提高。从上述的分析与探究中，可以总结出，剪力墙结构由于自身所具有的强度高、刚性强等优点，因而其在高层建筑中的应用对于建筑本身而言有着十分重要的作用，但是，其也存在着一定的不足之处，这就要求我们在对剪力墙结构进行设计的过程中遵循设计的原则，按照相关的规范要求进行，同时还要注意对剪力墙结构的设计进行优化，使剪力墙结构的优势能够得以最大限度的发挥，提高高层建筑的建造质量以及其整体的美观性。

[1]李金石.高层建筑剪力墙结构设计的探讨[J].科学之友，2011（14）.

[2]刘世美，黄东升.高层建筑短肢剪力墙结构技术规程编制说明[J].工程抗震与加固改造，2011（04）：61～65.

[3]陶善雨.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].黑龙江科学，2014（10）.

TU318

A

1673-0038（2015）26-0013-02

2015-5-30

郭星（1983-），男，工程师，本科，主要从事结构设计工作。

马朝霞（1981-），女，工程师，本科，主要从事结构设计工作。