高层建筑剪力墙设计结构优化设计研究

杨华宝

（山西省晋设拓凡建筑设计咨询有限公司 030013）

随着社会的发展，城市建筑物更加注重建筑质量和规模，我国现今可利用土地资源稀缺，高层建筑成为缓解问题，保障城市化发展的重要措施。高层建筑的数量与高度受高层建筑的承重影响，其中剪力墙设计承担着主要作用。高层建筑剪力墙设计不仅能够有效减少钢材的需求，降低相应工程资金成本，并且剪力墙的性能和效果也相对于传统承重设计有一定优势，其强度和韧性对诸多情况下的重力荷载都有较高的限度。在高层建筑中合理应用剪力墙设计，能够保证建筑内部的承重墙受力不会过大，保证建筑物质量安全，保障内部空间使用性，特殊区域使用剪力墙还能够结合室内设计，有一定美观效果。

1 高层建筑剪力墙设计优化分析

1.1 剪力墙规格数值分析

从高层建筑的承重设计方面来看，剪力墙的规格质量是决定其适用性的重要标准，不同建筑内部的剪力墙结构设计都需要结合建筑物本身进行计算，既要保证最大层间位移以及宽高比的基础上，确认最小剪力系数，又要确保剪力墙能够与建筑物本身完美贴合。一般来说，在剪力墙的规格参数的具体设计需要考虑地震作用等其他横、竖向力的不良影响，因此需要对层高、层间位移以及最大水平 位移楼层的平均值都要确定好范围数值。

1.2 最小剪力系数

为了保障楼层安全，剪力墙能够有效克服受地震等情况引起的水平荷载以及重力竖向荷载带来的墙体和建筑结构破坏。因此，剪力墙的设置数量一般来说取决于空间布局和室内结构。如果空间范围较大，要合理控制横向刚度，调整最小剪力系数。要通过结构设计人员的测量和计算，来确认剪力墙设计符合规范，对其结构的布置和重量问题，要适当调整设计，减轻横向与竖向的荷载作用。

1.3 剪力墙结构受力特点

剪力墙的结构本身是通过横向与竖向的双重受力作用组成的空间结构，剪力墙的刚度与强度本身能够与地震等事故引起的恶性破坏力有一定程度上的抵消，剪力墙的抗风、抗震性能较好，在高层建筑中，能够有效满足其室内空间的使用功能和实用功能，保证室内建筑结构的安全性。还要联系高层建筑的水平面，合理利用间隔墙面来安放相关竖向构件，防止与室内功能发生冲突。通过抗侧力进行调整刚度中心，布置灵活，设计方案适用性高，并且部分作为连接的梁，易于隐蔽，剪力墙整个结构显得较为紧凑，提供建筑内部室内空间的美观[1]。

2 高层建筑剪力墙设计结构优化措施

高层建筑的剪力墙的设计方案一般要根据高层建筑的内部结构分布进行布置，一般来说，多用于沿主轴进行双向布置，区域较大的空间可以使用多向布置，在布置剪力墙的过程中，要注重墙体与墙体本身的连接，一般以工字型、T 字和L字为常用结构，帮助构建强固的空间结构。剪力墙最重要的作用就是防震，在高层建筑的应用中，合理保障剪力墙的空间性能[2]。

2.1 合理配置剪力墙暗柱钢筋

高层建筑剪力墙的设计人员在规划具体方案时，对于不同等级的剪力墙都需要与之对应的梁柱，通过设置相应的暗柱和端柱，能够有效增强剪力墙的抗震和受力，并且提升其边缘的延展性，能够防止一定范围内的拉伸损坏，保障建筑结构的安全性。

2.2 合理的布置剪力墙结构

设计人员在设计剪力墙结构的过程中，要依据科学合理的方式完成剪力墙结构承载力提升的工作，尤其是提升剪力墙水平方面的承载力。首先需要优化剪力墙结构的计算方式。比如，存在数量比较多的填充墙，就需要将参数范围控制在0.9-1.0，如果填充墙的数量不足，则需要确保参数设置为1.0，通常来说，填充墙与剪力墙墙体的刚度和强度有关，刚度越大，则对填充墙的作用力越小。如果选择短肢剪力墙，则需要考虑到短肢剪力墙结构的抗震性能不足，在高层建筑中的应用需要增加提升稳定性的防护措施。在方案设计时，不但要确保整体建筑结构的实用性，还要保证实际施工时剪力墙布置的灵活性。必要情况下，可以通过调整建筑结构，让剪力墙能够有效支撑，减轻建筑结构的重量。在布置剪力墙结构的过程中，可能会出现一些独立的小墙肢，这就需要设计人员在设计的时候做合理的开孔工作，避免剪力墙结构中出现单独墙肢，增加建筑施工的难度，给施工人员带来不便[3]。当然，设计人员也要遵循剪力墙位移方面所限制的相关要求，在增大建筑墙肢和连接梁之间抗剪能力的同时，减少截面设计的难度。

2.3 合理控制剪力墙结构参数

相比于普通建筑，高层建筑结构的由于承重荷载较大，并且受层高因素影响，诸多不可抗力都会对高层建筑的安全性有一定负面影响，因此设计人员在设计剪力墙结构时，对于参数的设置要注重实际，在设计过程中要进行判断，确定结构位移比以及周期比，核算相关的数据资料，当剪力墙自身结构受外界不可抗力因素影响而出现数据偏差时，也要保证差值的补足措施到位。

2.4 优化剪力墙超筋处理方案

在部分框支剪力墙结构中经常会出现转换层上一层剪力墙老是超筋的情况，而且一般都是水平筋超，也就是抗剪超。其根本原因是由于PKPM 中框支梁采用梁单元模拟，上部剪力墙采用墙元模拟，梁单元与墙单元的连接情况与实际情况不符造成的。真实情况是转换层上一层剪力墙水平剪力比计算结果要小很多，因此PKPM 的计算结果是不太合理的。解决办法有两种： 采用墙元模拟框支梁，即框支柱和框支梁用剪力墙开洞的方式生成。或是通过框支梁仍然用梁单元模拟，但将转换层分成两层建模。上部标准层计算结果以转换层上第二层计算结果为准[4]。

2.5 优化转换层的结构设计

转换层的结构设计一般情况下是根据高层建筑的样式设计来判定的，不同部位与设计的使用功能有所差异。高层建筑底层多为商用要求大空间，上部为住宅要求多墙多柱的小空间，因此常常需要采用一定的结构形式进行转换处理，以满足建筑上下部结构的不同要求。转换层即是建筑物中进行结构转换的楼层，它是建筑物上下层不同结构形式相连的关键点，在整个建筑结构中有着重要的作用。由于其所处位置的特殊性和重要性，转换层施工难度较大，对施工技术要求较高，合理应用一次性支模、荷载传递法支模、叠合浇筑法支模、埋设型钢法支撑等多种技术方法有针对性地进行对应操作，以提升施工质量。

3 结语

综上所述，高层建筑结构设计中，要重视剪力墙结构。当前剪力墙结果设计中依然存在一些问题，为了提高建筑结构质量，就需要不断地优化剪力墙的结构设计，使得剪力墙结构设计水平有所提高。设计人员要不断提高专业技术水平，完善剪力墙结构设计工作方案，为提高建筑工程整体质量创造条件，促进建筑行业更好地发展。