浅析高层建筑剪力墙结构优化设计

谷凌飞

摘 要：在城市发展中，高楼大厦林立，成为重要的风景线。为了满足人们对建筑工程质量和应用功能的具体需求，在建筑结构中合理应用剪力墙结构，能够提升建筑墙体的应用效率以及施工质量，满足现代化建筑行业在设具体发展过程中的实际需求。剪力墙结构在实际应用过程中，具有不错的抗震能力，同时还具有用钢量小等特点，因此得到了广泛应用，但是其在设计过程中存在对应问题，因此，加强对该项内容的探讨是必要的。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

1 引言

近几年来，随着城市化进程的加快，为了提高高层建筑整体的承载性、抗压性以及耐用性，剪力墙结构的设计和应用受到了建筑企业的高度重视，剪力墙结构设计主要是抵抗水平压力和竖向压力，从而有效的避免各種自然灾害带来的水平荷载。

2 剪力墙的内涵

剪力墙作为建筑结构中常用的一种构件，也被称为抗风墙、抗震墙或结构墙。剪力墙在建筑物中的科学应用，主要用来承接风荷载或当发生地震时，承载水平荷载。依据剪力墙洞口大小、数量多少、排列措施等要素，可划分为不同类型。一是整体墙，当门窗洞口面积的总和小于剪力墙面积的15%，且洞口边长尺寸小于洞口之间净距及孔洞和墙边之间的净距，则被称为整体墙。二是框支剪力墙，若建筑低层对空间的需求量略大，利用框架结构，承载上部剪力墙结构。在地震高发区域，设计人员在制定建筑结构设计方案时，不宜仅采用框支剪力墙结构。三是壁式框架，洞口尺寸偏大，连梁线刚度和墙肢线刚度相互贴近的墙体被称为壁式框架。不同框架结构适用于不同建筑要求，设计人员要结合实际情况及建筑施工要求，制定适宜的建筑结构设计方案，以提升整体建筑工程质量。

3 剪力墙结构设计原则

3.1 双向或多项布置

在进行剪力墙设计时，最好采取双向或多项布置，在实际布置过程中，最好顺着主轴方向，若建筑结构中，剪力墙的方向存在差别，应尽量连接在一起，避免出现拉通或对直情况，以免对建筑结构的整体稳定性造成不良影响。在对剪力墙进行抗震设计时，应当尽量减小侧向刚度，其中最为重要得一项内容就是要保证墙肢结构简单，同时要依据相应的规则，完成各项操作。在进行剪力墙设计过程中，需要设计人员特别注意的一项内容是，在进行双向或多项设计时，各项设计内容都应当沿着主轴方向进行，特别是在抗震设计时，不得出现单方向墙体，只有这样才能确保剪力墙在建筑工程中的结构能够得到应用。

3.2 上下对齐，成列布置

在设计剪力墙时，剪力墙的洞口以及门窗应当保持上下对齐，同时在布置上应当成列进行，并且在实际设计过程中，不得对叠合的错墙洞进行应用，进行这样要求的主要原因是，避免剪力墙的承重力受到影响，导致墙体发生变形，影响墙体能。

4 高层建筑剪力墙结构优化设计

以某高层建筑剪力墙结构设计为例。此建筑为地上25层、地下2层的大空间商业住宅，建筑结构采用框支剪力墙结构，整体结构主体高度达到了85m，抗震设防烈度为7。在建筑底部设有加强区与非加强区，其中加强区域内框支架抗震等级为3级，整体剪力墙抗震等级为4，而非加强区内所设剪力墙抗震等级为5。建筑项目所在场地类别为Ⅱ类，且地基基础设计为乙级别。

4.1 暗柱钢筋配置

按照国家相关规定，在对一、二、三级剪力墙进行设计时，需要设置端柱与暗柱，以对地震波能量进行消耗，保证剪力墙结构整体抗震性能。设计人员要对剪力墙边缘构件抗拉能力进行合理运用，以对建筑稳定性进行保证。例如本次建筑在进行建筑剪力墙结构设计时，就因为对科学对暗柱钢筋进行了设计与运用，使得建筑各方向荷载抵抗能力都得到了切实增强，建筑抗震能力得到了切实提升。

4.2 连梁部分设计

连梁超筋处理是剪力墙结构设计重点，如果连梁出现剪切变形问题，就会对整体建筑坚固性与实用性产生直接影响，所以设计人员需要对该部分设计予以高度重视，要对连梁超筋问题进行合理设计。在具体设计过程中，设计人员一方面要明确，剪力墙最为重要的特点，就是具备一定的抗地震能力，所以在进行连梁弯矩与连梁剪力设计时，要对两者可塑性与可调幅性进行保证；另一方面要在条件允许情况下，降低剪力墙连梁截面高度数值。

因为连梁具有提升剪力墙刚度以及连接墙肢的作用，所以设计人员要做好连梁刚度调整与计算工作，要适当对连梁刚度进行折减，以对高层建筑结构抗震性能进行保障。在对连梁折减进行计算时，设计人员要按照建筑综合情况，做好折减值控制，一般建议应将折减值控制在0.5以上，且应保持在0.5～1.0的范围之内，以对其状态进行保证。在实际进行调整时，很有可能会因为各方面因素的影响，而出现在对连梁刚度折减也无法调整到预期目标的情况，会造成剪力墙结构抗震性能不达标的问题，此时设计人员可通过对适当减小连梁刚度以及降低连梁高度等方式，降低地震对于建筑物所造成的影响。

4.3 平面与结构布置

4.3.1 平面布置

平面设置工作与剪力墙后设计规则性、承载力与刚度分布、结构稳固性等，都有着直接关联，如果设计不当很容易会出现承载力与刚度部分不均以及结构发生扭转效应等方面的问题，墙体会出现不同程度的弯曲与变形。所以设计人员要对该部分设计予以高度关注，要按照设计要求与剪力墙设计整体规划，做好剪力墙平面布置工作，保证房屋结构平面设计规则程度，确保整体布局合理性。此外还要对内外墙体连接设计进行优化，要对墙体截面规则性进行保证。

4.3.2 结构布置

由于剪力墙需要对侧向压力程度进行维持，所以需要实施连续性的竖向布置工作，要通过设计洞口的方式，完成相应布置工作，且在进行洞口布置时，要做好加固工作，以防出现墙体坍塌问题。

在剪力墙延中轴线进行双向均匀分布过程中，其质量中心与刚度中心会处于较近的距离，能够起到对地震能量进行适当减小的目的，可以有效避免内部结构出现扭曲问题。在进行具体格局布置过程中，要尽量避免使用“一”字型墙肢，应加大对L型或者T型结构的使用。因为剪力墙自身具备一定重量，所以设计人员应对其重量展开合理控制，以对可用空间进行进一步拓展，确保结构密度、刚度都能与相应标准相符。此外，在进行剪力墙上部洞口设置时，可将其成列进行分布，以对连梁力量进行均衡分布，确保整体设计效果可以达到最优。

4.4 抗震能力设计

高层建筑中剪力墙结构的设计对抗震能力起着关键性作用，剪力墙水平方向的刚性强度比较大，完全可以抵制小型地震。①控制剪力墙结构水平方向的位移；水平方向的位移要满足高层建筑规定的位移限制值。②地震力的控制；当地震力较小的时候，剪力墙结构的抗震能力和结构位移值会出现满足要求的假象，因此只有底部剪力满足要求的情况下，对位移、内力、配筋进行合理的设置才有意义，同时还要调整剪力墙结构底部的剪力系数，只有深入了解剪力墙结构的设计，才能全面提高高层建筑的实用性。

5 结语

综上所述，剪力墙结构在高层建筑的应用十分广泛，但剪力墙结构的应用在实际设计中总是会受到许多不利因素的影响，促使剪力墙结构在高层建筑施工中会出现一些问题，所以相关工作人员要选择一个最佳的剪力墙设计方案，在施工过程中加强管理力度，为提高高层建筑质量和安全性提供了有力的保障。

参考文献：

[1] 杨洪艳.框架剪力墙结构的建筑施工技术研究[J].黑龙江科技信息，2016（10）.

[2] 王燕.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].科技与企业，2014.

[3] 孙军.关于高层建筑剪力墙结构设计的分析[J].建筑工程技术与设计，2014（6）：160.